Loni v březnu byla na nízkou oběžnou dráhu navedena družice GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) Evropské kosmické agentury ESA. Osel přinesl podrobnější informace o celém projektu v článku Po roku odkladov....
U družic jsme zvyklí, že si plní své úkoly několik let, ale životnost GOCE je limitována právě jejím posláním – co nejpřesněji změřit gravitační pole Země a určit anomálie pomocí změn v gravitačním zrychlení měřeném s přesností na setinu milimetru za sekundu na druhou (10−5 m.s−2). Na základě těchto údajů se pak namodeluje přesný tvar geoidu.
To si vyžaduje i podrobné prostorové rozlišení a tedy měření sice z výšky, ale ne velké. Proto GOCE oblétá Zemi ve vzdálenosti okolo 255 až 300 km. Zde ji ale zbržďuje řídká atmosféra a dráhu ovlivňují gravitační anomálie, které vlastně měří. Proto musí korigovat svou polohu pomocí dvou xenonových iontových motorů a tedy vézt sebou hodně paliva. To limituje pracovní smlouvu sondy na maximálně dva roky (podrobnosti zde).
Z tohoto důvodu GOCE „stárne“ rychleji. Je čas na první vyhodnocení dosavadních výsledků. Vědecký tým projektu na jejich prezentaci využil právě se končící vědecké symposium věnované rozsáhlému projektu ESA „Živá planeta“ (The 2010 European Space Agency Living Planet Symposium). Konalo se tento týden v krásném norském přístavním městě Bergen.
Následující zobrazení, kterého měřítko je v metrech, neodpovídá skutečné topografii naší planety (to bychom na „vrcholky“ Himalájí chodili na nedělní procházky :). Jde o geoid, tedy ekvipotenciální plochu – jakousi plošnou „vrstevnici“ kde byste v každém bodě naměřili stejné tíhové zrychlení (gravitační + odstředivé, způsobené rotací). Geoid je vlastně plocha, která je všude na vektor tíhového zrychlení kolmá. Dá se to při dobré fantazii představit jako Zemi, kdyby její povrch byl celý zatopený oceánem, v němž není žádné proudění, nepůsobí na něj žádné vnější síly kromě gravitace a rotace planety. Pokud by anomálie v gravitačním poli odpovídaly hodnotám naměřeným sondou, tak by hladina tohoto celoplanetárního moře se na různých místech odchylovala od idealizovaného rotačního elipsoidu (Země se zcela homogenním rozložením hmoty) podle této mapy (kliknutím na obrázek se otevře ve vyšším rozlišení):
Jde tedy o mapu, která zobrazuje rozložení těžších a lehčích hmot v zemském tělese.
Zkuste si, v průběhu rotace geoidu na následujícím videu, odpovědět na otázku: Lehčí hmoty jsou pod červenými, nebo pod modrými anomáliemi? Když naleznete odpověď, vraťte se k mapě a podívejte se, z jak „těžkého“ materiálu jsou nejvyšší velehory světa. Proč se oceánská kůra podsouvá pod kontinentální v subdukčních zónách srážejících se zemských desek?
Zdroje: stránky ESA
Diskuze:
referenční plocha
Milan Štětina,2010-07-07 09:58:02
Já si také myslím, že težší místa jsou výš (ať už je to konstruováno jako plocha s konstantní gravitací nebo lokálně kolmá na gravitaci - to je totiž stejné). Každopádně je zřejmé, že korekce na odstředivé zrychlení je již zahrnuta v referenční ploše (tj. to, co představuje 0m) - to totiž představuje kolem 22km na rovníku oproti polům.
Dále nebyly zmíněny slapové síly (přitažlivost Měsíce), ale ty se periodicky mění, tak je předpokládám uvažována střední hodnota (navíc je to maximálně jednotky metrů, tak by to na uvedeném obrázku stejně nebzlo vidět).
Tomas Bilka,2010-07-06 16:36:17
Podle obrazku ktery poslal Adolf Balík jsou ale prave vodni plochy (oceany) mista kde je ekvipotenciala "vys" tedy v cervene oblasti. Pritom to jsou mista ktera nejspis budou lehci, vzheldem k tomu ze se jedna o vodu. Obrazek i s popiskem je zde http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8767763.stm.
pokus o vysvětlení
Dagmar Gregorova,2010-07-02 16:07:21
Možná se mýlím, ale:
Zjednodušme si příklad – představte si, že máte oooobrovskou kouli z plastelíny, olověné kuličky a absolutně citlivý gravimetr a nenacházíte se v žádném gravitačním poli a ani sami nejste nijakým způsobem „přitažliví“. Takže (čisto teoreticky) můžete měřit gravitační zrychlení nad povrchem plastelínové koule bez jiných rušivých vlivů.
Když bude plastelína homogenní, „geoid“ koule bude také symetrická koule. Teď do plastelíny někam zatlačte olověnou kuličku. Vznikne anomálie. Nad ní naměříte v dané vzdálenosti vyšší gravitační zrychlení, než jinde. Kam se musíte s přístrojem posunout, abyste se dostali na stejnou hodnotu? Blíže k, nebo dál od plastelínové koule, když víme, že gravitační zrychlení je nepřímo úměrné vzdálenosti? Jasně, musíme měřit ve větší vzdálenosti.
Takže ekvipotenciální plocha bude NAD TĚŽŠÍMI HMOTAMI VÝŠ, bude tedy do červena. Ten samý efekt dosáhneme přidaním kusu plastelíny (nebo i lehčího materiálu) někam navíc. Tam, kde hmota z libovolného důvodu (je těžší, nebo je jí navíc) působí gravitačně více, než hmota v okolí, stejné gravitační zrychlení změříme ve větší vzdálnosti.
Obráceně to tedy znamená, že modré plochy oceánů nepředstavují lehké horniny na jejich dně! Opak je pravdou, jen je jich méně. Oceánská kůra je v průměru o asi 0,6 gramu na krychlový centimetr hustší. Znamená to, že jsou v modrých oblastech V PRŮMĚRU lehčí hmoty, což způsobuje voda s výrazně nižší hustotou, než mají horniny. Takže je to případ, kdy část plastelíny nahradíte polystyrénem. Pak si pro stejné gravitační zrychlení musíte "dojít níž".
Právě proto jsem chtěla upozornit na Himaláje. Obrovská Tibetská náhorní plošina je tvořena z průměrně lehčí hmoty kontinentální kůry a je hluboko ponořena do těžších hmot zemského pláště. Proto tvoří "zápornou" anomálii.
Vysvětlení není složité a souvisí s deskovou tektonikou. Indická deska se od africké části Gondwany „utrhla“ před asi 90 miliony let. Pak se na zemskou desku „hnala šílenou rychlostí“ na severo-severovýchod, kde se před asi 55 – 50 miliony let srazila s obrovskou euroasijskou deskou. Obě tvoří lehčí kontinentální kůra a tak jejich srážka vedla k stlačování, jako když tisknete dvě kostky plastelíny k sobě - budou hrubší a hrubší. Tak vznikla Tibetská náhorní plošina z lehčích materiálů a vrásnění Himalájí. Jde o obrovské mocnosti lehčí kontinentální kůry zatlačené do těžších hmot zemského pláště. Proto je Indie tak „modrá“. Pás Himalájí v ní je již žlutý, protože té hmoty je tam „obrovský kopec“ :) , a tak – i když jsou z lehčího materiálu, než je oceánská kůra – způsobují kladnou anomálii. Ale zkuste podle gravitačních anomálií najít třeba Skalisté hory! Jejich vrásnění do výšky (i do hloubky) je kompenzováno menší hustotou materiálu.
(Největší zápornou gravitační anomálii jižně pod Indií v Indickém oceánu nevím přesně odůvodnit, pravděpodobně také souvisí s pohybem indické desky k severu... nenašla jsem nic "rozumného" na síti, jestli někdo ví více, budu povděčná za diskusní příspěvek s vysvětlením, nebo odkazem. DÍK)
Je to samozřejmě velice zjednodušené, protože když je geoid tíhová ekvipotenciální plocha, pak musíme započítat odstředivou sílu danou rotací. A ta je na rovníku větší, než na pólech. Ale chtěla jsem jen přinutit k základním úvahám. I sebe … :)
Pochopení barviček
Adolf Balík,2010-07-02 15:06:11
K pochopení barviček by asi mohl pomoci tento obrázek:
http://news.bbcimg.co.uk/media/images/48193000/gif/_48193680_goce_gravity_466in.gif
lehci material pod modrym povrchem, ne?
Jan Hudecek,2010-07-02 13:56:04
Protoze kvuli dosazeni stejneho tihoveho zrychleni musime klesnout bliz ke stredu Zeme. A naopak. Takze dole pod Indii je nejaka penova hmota ? ;-)
Pavel Hladik,2010-07-02 13:23:50
Urcite jsou modre nejtezsi a pripada mi, ze u ty lehci se vyskytuji hlavne v oblastech s vyssi sopecnou aktivitou
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
