GOCE je prvou z novej série družíc Earth Explorer Európskej vesmírnej agentúry ESA. Ich úlohou je výskum našej planéty, procesov, ktoré na nej prebiehajú, či sledovanie klimatických zmien. Štart GOCE bol pôvodne naplánovaný na máj 2008, potom na september, kedy bol zrušený kvôli technickým problémom na navigačnom zariadení. Po ďalších odsunoch však včera všetko klaplo a ruská nosná raketa Rokot vyniesla GOCE do výšky 280 km na obežnú dráhu so sklonom 96,7 º voči rovníku, teda do takmer poludníkového smeru ponad polárne oblasti.
Sonda, ktorá vznikla v spolupráci 45 európskych organizácií a firiem, má pracovnú zmluvu na 20 mesiacov, možno na dva roky, dlhšie však nie. Táto relatívne krátka doba súvisí s konečnou výškou obežnej dráhy sondy: len 263 kilometrov. Krátka životnosť je daň za veľmi presné a priestorovo detailné merania jemných rozdieloch v gravitačnom zrýchlení v poli Zeme. Preto si GOCE na cestu nesie väčší objem paliva pre dva nízkovýkonné xenónové iónové motory, ktoré jej pomôžu prekonávať slabé ale vytrvalé trenie riedkej vrchnej atmosféry. Každý z nich dokáže vyvinúť silu 1 až 20 milinewtonov a jemne udeľovať sonde také zrýchlenie, aby vykompenzovala odchýlky a udržala sa na stabilnej dráhe, nevyhnutnej pre precíznosť merania. Pre porovnanie – obežná dráha podobnej sondy Grace je vo výške 500 kilometrov a Medzinárodná vesmírna stanica ISS obieha Zem vo výškach medzi 320 a 380 km, s maximálnymi limitmi 278 a 460 km.
Sonda GOCE začne napĺňať svoje poslanie niekedy v letných mesiacoch až po dosiahnutí plánovanej obežnej dráhy, po preverení a kalibrácii prístrojov. V jej pracovnej náplni je mapovanie gravitačného poľa Zeme a jeho anomálií s presnosťou 1 mGal (1 mGal = 10-5ms-2, ide samozrejme o gravitačné zrýchlenie). Lokálnejšie rozdiely v gravitačnom poli Zeme vznikajú vďaka povrchovým nerovnorodostiam v rozložení hmôt – napríklad pohoria, podmorské útesy, či hlbokomorské priekopy, alebo vďaka hustotným podpovrchovým nehomogenitám vo vnútornej stavbe planéty. Výsledky meraní by mali byť päť krát presnejšie, než poskytuje americko – nemecká sonda GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), ktorá krúži okolo Zeme už od roku 2002. Merania oboch sond sa budú navzájom dopĺňať - GOCE v detailnejšej mierke, GRACE vo veľkoplošnom meradle.
Gravimetrické merania na palube GOCE zabezpečí elektrostatický gravitačný gradiometer. Jeho základ tvorí šesť citlivých akcelerometrov merajúcich gravitačné zrýchlenie s extrémnou presnosťou. Nachádzajú sa na koncoch troch, navzájom kolmých, pol metra dlhých ramien. Výsledkom meraní by mal byť spresnený tvaru geoidu. Je to (ekvipotenciálna) plocha, ktorá má v každom bode rovnaký gravitačný potenciál. Geoid je vlastne zidealizovaný povrch Zeme, ktorý reprezentuje hypotetickú hladinu pokojného, nehybného oceánu bez vlnenia, vzdúvania, prílivu, či odlivu, na ktorý by pôsobila výlučne len gravitácia Zeme so všetkými jej odchýlkami a žiadne iné vonkajšie vplyvy. Merania GOCE by mali zabezpečiť stanovenie geoidu s výškovou presnosťou 1 až 2 cm a priestorovým rozlíšením pod 100 km. Výsledkom by mal byť nielen presný geoid, ale aj detailná mapa úrovne hladiny oceánov, podrobnejší prehľad o cirkulácii vodných más a dynamike polárnych ľadovcov.
Od výsledkov meraní GOCE sa očakáva získanie geodetickej bázy pre zjednotenie systému merania výšok medzi krajinami a kontinentmi, pomoc pri rekonštrukcii zmien výšky oceánskych hladín za uplynulých minimálne 200 rokov, obohatenie poznatkov o cirkulácii vodných más v oceánoch, o geologickej stavbe podložia Grónskeho a Antarktického ľadovca a v kombinácii s inými geofyzikálnymi údajmi aj o dynamike zemskej kôry a vrchného plášťa, s čím je zas spätý výskum vulkanickej činnosti a zemetrasnej aktivity.
V nasledujúcom období ESA plánuje vyslať na obežnú dráhu ďalšie družice: Cryostat 2 na meranie hrúbky ľadovej pokrývky (2009), SMOS, zameranú na meranie vlhkosti pôd a salinity oceánov (2009), Swarm na výskum zmien v magnetickom poli (2011), ADM-Aeolus na štúdium dynamiky atmosféry (2011) a EarthCARE na meranie energetickej bilancie atmosféry a zemského povrchu (2013).
Pre úplnosť dodávame, že v súčasnosti topografiu hladiny oceánu sleduje už niekoľko družíc. V roku 1992 bola na obežnú dráhu vynesená družica TOPEX/Poseidon , výsledok spolupráce NASA a Francúzskej vesmírnej agentúry CNES. Pracovná aktivita sondy bola naplánovaná na 3 až 6 rokov, doposiaľ však, aj po 17tich rokoch „žije“ a z výšky asi 1336 km mapuje výšku hladiny morí a oceánov s presnosťou na 5 cm.
Koncom roku 2001 sa k Poseidonovi na podobnú obežnú dráhu pridružila sonda Jason 1 a v júni 2008 aj sonda Jason-2, ktorá vďaka zmodernizovaným prístrojom dosahuje presnosť merania 2,5 cm. Na obrázku vpravo je odkaz na stránku s hypertextovými odkazmi k ďalším informáciám o projekte, sondách a javoch ako El Niño, La Niña a cunami v Indickom oceáne. Animácia poskytuje mapu topografie hladiny oceánu v júni 2008.
GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) je asi 5 metrov dlhá, asi 1 meter široká a 1052 kg vážiaca sonda s osemuholníkovým prierezom. Najbližšie dva roky bude obiehať Zem na veľmi nízkej obežnej dráhe – len vo výške okolo 260 km, kde bude musieť prekonávať malý, ale vytrvalý vplyv riedkej atmosféry, preto má na sondu netypický, aerodynamickejší tvar. Nízka obežná dráha jej síce skracuje dobu existencie, ale umožňuje tie najpresnejšie družicové gravimetrické merania. Od výsledkov sa očakávajú nové poznatky o dynamike zemskej kôry a vrchného plášťa. Možno prispejú aj k možnosti predpovedať zemetrasenia, či sopečnú činnosť. Väčšie rozlíšenie.
V srdci sondy GOCE sa nachádza elektrostatický gravitačný gradiometer (A). Pozostáva z troch párov presných akcelerometrov upevnených na pol metra dlhých, navzájom na seba kolmých ramenách (B – zložený systém navzájom kolmých troch ramien s akcelerometrami, C – jedno rameno). Takéto usporiadanie zabezpečuje rozdielne pozície vzhľadom na gradient gravitačného poľa a preto jednotlivé akcelerometre „cítia“ gravitačné zrýchlenie nad danou oblasťou zemského povrchu nepatrne rozdielne. Práve pomocou presného merania týchto rozdielov v gravitačnom zrýchlení pôsobiacom na jednotlivé akcelerometre (teda pomocou šiestich nezávislých, ale navzájom komplementárnych údajov) sa určujú presné parametre gravitačného poľa Zeme a jeho nehomogenít . Väčšie rozlíšenie – stránka ESA
Jedným z očakávaných výsledkov presných meraní gravitačného poľa Zeme bude doposiaľ najpresnejší geoid – povrch s rovnakým gravitačným potenciálom. Je to vlastne (ekvipotenciálna) plocha, ktorá reprezentuje hypotetickú hladinu pokojného, nehybného oceánu, na ktorý by pôsobila len gravitácia Zeme so všetkými jej odchýlkami. Presný model geoidu je dôležitý pre geodéziu, pre štúdium procesov vo vnútri Zeme, pre výskum cirkulácie vody v oceáne a určovanie zmien vo výške jeho hladiny, či pre monitorovanie zmien v objeme ľadovcov a ich pohyboch. Väčšie rozlíšenie – stránka ESA
Animácie s anglickým popisom, prípadne aj s hovoreným, dobre zrozumiteľným anglickým sprievodným komentárom, ktoré približujú dizajn sondy, jej hlavné prístrojové vybavenie a geofyzikálne poslanie.
Zdroje: Science Daily, ESA