Гравитационный мониторинг Земли

623380main_pia04235-full_full1

В этой заметке я хочу рассказать об очень интересной идее дистанционного мониторинга планеты. Идея этого вида мониторинга состоит в том факте, что гравитация распределена по поверхности неравномерно. Поскольку гравитация ощущается и на некотором удалении от поверхности (затухая пропорционально квадрату расстояния), эту неравномерность можно уловить из космоса, с такого расстояния, где наблюдениям не мешает, в частности, неравномерность воздушных масс. Таким образом, можно составить карту неоднородностей, которая покажет, например, места более плотной подложки под земной поверхностью.

Интересно не только знать статику, но и наблюдать гравитацию в динамике. Очевидно, общая масса Земли не меняется каждый день, происходит перераспределение масс, и происходит оно не только из-за землетрясений и смещения скальных пород, но и каждый день — за счет перераспределения влаги. Выпадающие осадки приводят к увеличению содержания воды в почве, часть просачивается глубже в грунтовые воды, часть испаряется, часть сразу стекает через реки.

Таким образом, спутник, измеряющий ежедневно гравитацию в каждой точке, дал бы неоценимые данные для мониторинга происходящих процессов. Пример их использования я приведу далее.

Как же измерить колебания гравитации? Вот тут появляется, собственно, сама идея, простая до невозможности. В космос запущена пара спутников, которые обращаются вокруг планеты на «постоянной» высоте, примерно на расстоянии 200 км друг от друга. Датчик измеряет текущее расстояние между спутниками с точностью до долей миллиметра. Когда спутники проходят над гравитационной аномалией, они проваливаются в гравитационную впадину ближе к поверхности, либо отдаляются от нее, попав на гравитационный холм. При этом, очевидно, расстояние между парой уменьшится или увеличится соответственно и будет измерено. Таким образом, нет необходимости в спец сканерах, микроволновых излучателях и датчиках, направленных на землю. Измерения локализованы в космосе. Безусловно, требуется тщательная пост-обработка сигнала, переданного на Землю.

Эта система называется GRACE и в космосе с 2003 года летает всего одна такая пара спутников, запущенных NASA. Ясно, что они делятся данными со всеми желающими, но с существенной задержкой, так что данные представляют интерес с точки зрения климатологии, но не могут быть использованы для оперативного зондирования.

Вот два примера, что можно узнать при помощи данных GRACE.

Индия

В регионе индийского штата Раджастан проживает 114 миллионов человек, и население продолжает расти. В 1960-м году правительством Индии была объявлена политика «зеленой революции», и население начало активно выращивать бобовые и рис, агротехника которых требует много воды. К началу 2000х были исчерпаны реки, и индусы начали бурить скважины для пополнения запасов из грунтовых вод. На самом деле, правительство заметило проблему и регулярно о ней сообщает, но данные, полученные со спутника дали инструментальные данные в целом по территории (а не результаты точечных замеров).

Итак, GRACE дает оценку убыли водяного столба на эквивалент 12 см в год, это означает, что уровень грунтовых вод снижается в среднем на 33 см в год (как показывают измерения на местности, в крупных городах до 10 метров в год). Эта убыль не восполняется за счет обильных дождей. Кроме того, почвы засаливаются грунтовой водой. На самом деле все это выглядит как катастрофа. Буквально через несколько лет регион может превратиться в пустыню.

Амур

Все мы помним наводнение на Амуре в 2013 году. Если смотреть на данные GRACE, то можно увидеть, как повышался общий объем воды в бассейне Амура, причем этот процесс начался за полгода до наводнения. К тому моменту, когда прошли обильные дожди, уровень насыщения почвы влагой уже был слишком высок, и осадки просто скатывались в реки, катастрофически повышая их уровень.

Иначе говоря, при наличии данных хотя бы ежемесячного, но оперативного мониторинга по этой территории, можно было бы заранее спрогнозировать возможность катастрофы.

Добавить комментарий