Pole grawitacyjne Ziemi zakłócone przez trzęsienie ziemi

Przez ponad cztery lata GOCE mapował ziemskie pole grawitacyjne z bezprecedensową dokładnością. Nikt się jednak nie spodziewał, że te dane pokażą zmiany w czasie.

Przeprowadzane obecnie staranne analizy danych z GOCE pokazują wyraźnie skutki trzęsienia ziemi o magnitudo 9, które nawiedziło japońską wyspę Honshu 11 marca 2011 roku.

Potężne trzęsienie ziemi nie tylko zniekształciło skorupę Ziemi, ale także spowodowało niewielkie zmiany w lokalnym polu grawitacyjnym.

Siła grawitacji na powierzchni naszej planety jest trochę inna w każdym jej miejscu. Zadaniem GOCE było właśnie zarejestrowanie tych drobnych różnic.

Różnice te mają wielorakie źródła, a jednym z nich jest różnorodność i nierównomierność rozłożenia materii pod powierzchnią Ziemi. Ponieważ trzęsienie ziemi przemieszcza skały i inną materię geologiczną dziesiątki kilometrów pod powierzchnią, powoduje to niewielkie zmiany w lokalnym polu grawitacyjnym.

Trzęsienie ziemi pod dnem oceanu, jak to z 2011 roku w Japonii, może zmienić także ukształtowanie dna morskiego. Zmiana taka powoduje zmianę poziomu mórz, co wpływa na pole grawitacyjne.

Satelita GOCE, po wyczerpaniu się paliwa uległ deorbitacji, w skutek czego duża jego część spłonęła w atmosferze. Zdołał jednak i tak dwukrotnie przekroczyć planowany czas działania. Mimo, że nie ma go już na orbicie, prawdziwa misja GOCE tak naprawdę dopiero się zaczyna. Naukowcy będą analizowali zebrane przez niego dane przez lata, aby lepiej zrozumieć wiele aspektów otaczającego nas świata.

Dane z GOCE są wykorzystywane, na przykład, do lepszego zrozumienia jak oceany transportują wielkie ilości ciepła i do stworzenia globalnego układu odniesienia wysokości.

Misja już rzuciła nowe światło w wielu dziedzinach wiedzy o Ziemi – począwszy od gęstości atmosfery i związanych z nią wiatrów, przez mapowanie granicy między skorupą a górnym płaszczem ziemskim, skończywszy na procesach geodynamicznych zachodzących w głębszych warstwach ziemi pod naszymi stopami.

W zdumiewającym odkryciu z tego roku, niezwiązanym ze zmianami grawitacji, okazało się, że akcelerometr i silnik jonowy satelity GOCE „poczuły” w przestrzeni kosmicznej falę dźwiękową wygenerowaną przez trzęsienie Ziemi w Japonii (na orbicie, po której poruszał się GOCE, znajduje się jeszcze szczątkowa atmosfera).

Naukowcy z Niemieckiego Instytutu Badań Geodezyjnych DGFI i Uniwersytetu Technologicznego z Delft w Holandii, przeanalizowali niedawno precyzyjne pomiary pionowego gradientu pola grawitacyjnego w sąsiedztwie Japonii. Odkryli, że trzęsienie ziemi w wyraźny sposób zaburzyło pole grawitacyjne.

To pierwszy przypadek, gdy GOCE ujawnił zmiany pola grawitacyjnego w czasie. Badania te zostały wykonane w ramach programu ESA o nazwie Support to Science Element, będącego częścią programu obserwacji Ziemi.

Co więcej, zmiany pola grawitacyjnego zarejestrowane przez GOCE różnią się wielkością i położeniem od tych przewidywanych przez standardowe modele numeryczne.

Pomiary zebrane przez GOCE są zbieżne z obserwacjami dokonanymi przez amerykańsko-niemieckiego satelitę GRACE, zaprojektowanego do pomiaru zmian w czasie. Sugeruje to, że dane z GOCE będą istotne przy ulepszaniu wspomnianych modeli i tym samym wniosą wkład w naszą wiedzę o trzęsieniach ziemi.

Martin Fuchs z DGFI podsumował, że „dzięki temu widzimy jak dane o gradiencie grawitacji zebrane przez GOCE uzupełniają się z innymi danymi: sejsmicznymi, GPS i grawimetrycznymi z satelity GRACE”.

„Obecnie pracujemy w interdyscyplinarnym zespole, aby połączyć dane z GOCE z innymi informacjami, co pozwoli na lepsze zrozumienie powstałego zakłócenia w polu grawitacyjnym”.