Nauka dla Społeczeństwa

05.03.2024
PL EN
29.01.2024 aktualizacja 06.02.2024

Ubytek lodu zmierzony dzięki „pamięci orbity”

Misja GRACE do pomiarów zmian ziemskiej grawitacji (źródło: NASA)  (satelita nad kulą ziemską) Misja GRACE do pomiarów zmian ziemskiej grawitacji (źródło: NASA) (satelita nad kulą ziemską)

Naukowcy potrafią sprawdzić, jak zmienia się masa lodu na Grenlandii i Antarktydzie, gdzie nie można zainstalować instrumentów pomiarowych. Nowa metoda polega na wyznaczaniu zmian kształtu Ziemi na podstawie obserwacji anomalii w ruchu sztucznych satelitów oraz „pamięci orbity”.

Wyniki współpracy polsko-szwajcarskiego zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie "Remote Sensing of Environment". O nowej metodzie wyznaczenia zmiany masy lodu na obszarach okołobiegunowych mówi serwisowi Nauka w Polsce współautor artykułu, prof. dr hab. Krzysztof Sośnica z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Pierwszym autorem publikacji jest doktorant Filip Gałdyn.

ANTARKTYDA I GRENLANDIA – STABILNE TYLKO DO 2000 ROKU

Metoda rozbicia i łączenia równań obserwacyjnych (ang. splitting and re-stacking of normal equations) pozwoliła na wyznaczenie zmian wartości lodu na przełomie lat 1995-2022.

"Okazało się, że w latach 1995-2000 nie następowały żadne większe zmiany na Grenlandii oraz w Zachodniej Antarktydzie. Po tym okresie coraz szybciej ubywało lodu. Na Grenlandii lata 2010–2015 charakteryzują się największym ubytkiem masy lodowej. Proces utraty lodu wyhamował w latach 2015–2019, by następnie ponownie przyspieszyć, co obserwujemy obecnie. Wschodnia Antarktyda stopniowo gromadzi lód, ale dzieje się to tak wolno, że nie równoważy ubytku lodowców w innych rejonach" – relacjonuje prof. Sośnica.

Replika satelity geodezyjnego do pomiarów laserowych GFZ-1. Fot. K. Sośnica
Replika satelity geodezyjnego do pomiarów laserowych GFZ-1. Fot. K. Sośnica

PARA SATELITÓW MIERZY ZMIANY KSZTAŁTU ZIEMI

Dostęp do terenów środkowej Grenlandii oraz Antarktydy jest na tyle utrudniony, że ciężko jest tam wyznaczyć ubytek masy lodu - zauważają naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki UPWr.

Z pomocą przychodzą misje satelitarne, np. misja GRACE, w której wykorzystywana jest para satelitów, mierzących odległość między sobą.

"Gdy pod jednym z satelitów znajduje się anomalia grawitacyjna w postaci większej masy, wówczas satelita jest silniej przyciągany, co wpływa na zmianę wzajemnej odległości. Następnie drugi satelita przelatuje nad tym samym obszarem, doznając przyspieszenia i zmiany pozycji, która jest rejestrowana przez odbiornik GPS oraz interferometr służący do pomiaru odległości między satelitami" – opisuje prof. Sośnica.

Misja GRACE została umieszczona na orbicie dopiero w 2002 r. Niewiele wiadomo jest na temat zmian masy i ziemskiej grawitacji przed tym okresem. Misja ta zakończyła się, gdy pierwszy satelita spłonął w atmosferze ziemskiej 24 grudnia 2017 r., a drugi - 10 marca 2018 r.

Misję GRACE kontynuuje konstelacja dwóch bliźniaczych satelitów – GRACE Follow-On, wyniesionych na orbitę w 2018 r. Wykonują one pomiary Ziemi do dziś. W dostarczaniu danych o zmianach grawitacji zaistniała jednak roczna przerwa: na przełomie 2017 i 2018 r.

NOWA METODA WYJAŚNI, CO BYŁO WCZEŚNIEJ I UZUPEŁNI LUKI

Wrocławscy badacze wraz z naukowcami z Uniwersytetu w Bernie w Szwajcarii (Instytut Astronomii) postanowili oszacować zmiany mas na Ziemi przed początkiem misji GRACE oraz uzupełnić brakujące dane pomiędzy GRACE i GRACE Follow-On.

Do tego celu wykorzystali satelity kuliste, orbitujące wokół Ziemi już od lat 70. XX wieku. Ruch satelity kulistego ulega zaburzeniu, gdy przelatuje on nad obszarem o dużej lub małej masie. Pryzmaty satelity odbijają światło lasera dokładnie w tym samym kierunku, co wiązka padająca. Dzięki temu można mierzyć ich pozycję z Ziemi za pomocą dalmierzy laserowych.

mat. prasowe
mat. prasowe

WYKORZYSTANIE "PAMIĘCI ORBITY" SATELITÓW

Na Grenlandii i Antarktydzie nie ma ani jednej stacji laserowej mierzącej odległości do satelitów. Dlatego nie można tam bezpośrednio pomierzyć anomalii w pozycji satelity spowodowanej ubytkiem masy lodu. Dlatego polsko-szwajcarski zespół zaproponował wykorzystanie "pamięci orbity".

"Satelita, przelatując nad danym obszarem o nietypowej masie, zmienia swoją orbitę. Na podstawie późniejszego i wcześniejszego pomiaru odległości można wyznaczyć, gdzie i kiedy nastąpiła zmiana orbity oraz jak duża była masa na Ziemi, powodująca zmianę orbity" – tłumaczy prof. Sośnica.

Dodaje, że jeden satelita nie wystarcza do wyznaczenia dokładnego czasu i miejsca oraz wartości masy na Ziemi, która spowodowała zmianę trajektorii ruchu statku kosmicznego. Zmiana trasy satelity może być spowodowana różnymi rzeczami, np. oporem powietrza albo ciśnieniem promieniowania słonecznego. Jednak już obserwacje wielu satelitów pozwalają jednoznacznie ustalić przyczynę zmiany.

Modele zmian kształtu Ziemi zostały umieszczone na platformie Międzynarodowego Centrum Globalnych Modeli Ziemi (ICGEM).

Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ zan/

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

Copyright © Fundacja PAP 2024