重力と測地学

重力と測地学は、地球の重力場、形状、大きさを測定し、重力の変動を利用して地下の密度構造を調査し、高さと海面の基準となるジオイドを定義します。

Definition

重力と測地学は、重力測定、水準測量、および宇宙技術を用いて、地球の重力場と幾何学的形状の研究および測定を包含し、ジオイド、基準座標系、および重力異常に記録された地下の密度変動を決定します。

Scope

この分野は、地球の重力場とその測地学的決定、すなわちポテンシャル場理論と重力測定値の異常への還元、ジオイドと基準楕円体としての地球の形状およびその起伏、そして地形と補償密度構造を結びつけるアイソスタシーの原理を扱います。また、精密測位や専用の重力ミッションを含む衛星測地学および宇宙測地学、そして地殻およびマントル構造のための重力異常の解釈についても論じます。重力場、地球の形状、およびその内部密度分布の関係に重点が置かれています。

Sub-topics

• Isostasy and Crustal Structure
• Potential Field Theory and Gravity Anomalies
• Satellite and Space Geodesy
• The Geoid and Figure of the Earth

Core questions

• 地下の密度を明らかにする重力異常に、重力測定値はどのように還元されるのでしょうか？
• ジオイドとは何であり、それはどのように地球の形状を定義するのでしょうか？
• アイソスタシーは、地表の地形と深部での補償質量をどのように関連付けているのでしょうか？
• 衛星ミッションと宇宙測地学は、重力場と位置をどのように測定するのでしょうか？

Key concepts

• 重力ポテンシャルと重力異常
• フリーエア補正とブーゲー補正
• ジオイドと基準楕円体
• アイソスタシーと地殻補償
• 衛星重力測定と宇宙測地学

Key theories

アイソスタシー

地表の地形は深部で大きく補償されており、地殻とマントルの柱は補償深度でほぼ等しい圧力を及ぼします。エアリーモデルとプラットモデルは、深い地殻の根または横方向の密度差によって山脈を説明します。

ジオイドと物理測地学

ジオイドは、平均海面を近似する重力場の等ポテンシャル面であり、地球の形状と高さの基準面を定義します。物理測地学は、ポテンシャル理論と境界値問題を通じて、測定された重力をジオイドに関連付けます。

Clinical relevance

重力と測地学は、マッピング、ナビゲーション、および工学の基礎となる基準座標系と高さシステムを提供します。重力異常は鉱物および石油探査の指針となり、衛星重力測定は氷床の減少、地下水貯留量、および海面水位の変化を追跡します。

History

ニュートンは地球の扁平を予測し、18世紀の弧長測定探検隊がそれを確認しました。ブーゲーとエアリーは18世紀と19世紀に重力還元とアイソスタシーを発展させ、GRACEやGOCEのような専用ミッションで頂点に達した衛星時代は、重力場とジオイドの決定を大きく変革しました。

Key figures

• Isaac Newton
• Pierre Bouguer
• George Biddell Airy
• Friedrich Robert Helmert

Seminal works

• fowler2005
• hofmannwellenhof2006
• turcotte2014

Frequently asked questions

重力異常とは何ですか？

それは、ある地点で測定された重力と、標準的な補正を施した滑らかな基準地球に対して期待される値との差です。正または負の異常は、地下に密度の高い物質または軽い物質が存在することを示し、重力を地下探査のツールとしています。

地球の形状が球体ではなくジオイドで記述されるのはなぜですか？

地球の質量は不均一に分布しており、自転しているため、その重力場は不規則です。ジオイドは、平均海面に沿う緩やかで起伏のある等ポテンシャル面であり、単純な球体では提供できない、物理的に意味のある高さの基準を提供します。