衛星測地学と宇宙測地学

人工衛星は測地学を大きく変革し、地球規模の基準座標系、ミリメートル精度の測位、そして地球の重力場とその時間的変化の直接的な測定を可能にしました。

Definition

衛星測地学および宇宙測地学とは、人工衛星および系外銀河電波源の観測を利用して、地球の幾何学的形状、重力場、向き、およびそれらの時間的変動を決定する学問分野であり、測位システム、測距、高度計、重力マッピングミッションなどが含まれます。

Scope

このトピックでは、現代測地学の宇宙技術について扱います。具体的には、精密測位のための全地球航法衛星システム、基準座標系と地球の自転のための衛星レーザー測距と超長基線電波干渉法、海面とジオイド測定のための衛星高度計、そして時間変動する重力場を回復するための専用重力ミッションが含まれます。また、地球基準座標系の定義と実現、およびこれらの手法が検出する地球物理学的信号（プレート運動から質量再分配まで）についても論じます。観測が宇宙からどのように位置、形状、自転、重力を決定するかに重点を置いています。

Core questions

• 衛星航法システムはどのようにして精密な全地球測位を実現するのでしょうか？
• 地球基準座標系と地球の自転は宇宙からどのように実現されるのでしょうか？
• 衛星高度計はどのようにして海面と海洋ジオイドを測定するのでしょうか？
• 専用ミッションはどのようにして時間変動する重力場を回復するのでしょうか？

Key concepts

• 全地球航法衛星システムと精密測位
• 衛星レーザー測距と超長基線電波干渉法
• 地球基準座標系と地球の向き
• 衛星高度計
• 衛星ミッションによる時間変動重力

Key theories

宇宙測地学的基準座標系と測位

衛星航法、レーザー測距、および電波干渉法を組み合わせることで、安定した全地球基準座標系とミリメートルレベルの測位が可能になり、プレート運動、地殻変動、および地球の自転の直接測定が可能になります。

衛星による時間変動重力

周回する衛星間の距離の変化や摂動を追跡することで、重力場の月ごとのマップが回復され、その変動は地表および地下における水、氷、その他の質量の再分配を記録します。

Mechanisms

航法衛星からの信号の精密なタイミング測定、双方向レーザー測距、および遠方のクエーサーの干渉観測は、位置と地球の宇宙における向きを決定します。重力に関しては、低軌道衛星の軌道、または衛星ペアの変動する分離が、その下の質量分布に反応するため、これらの軌道摂動を時間的に測定することで、静的および変化する重力場が得られます。

Clinical relevance

宇宙測地学は、航法、マッピング、およびタイミングインフラストラクチャの基盤となる全地球測位と基準座標系を提供し、ハザード監視のための地殻変動および火山性変形を測定し、気候科学の中心となる氷床融解、地下水枯渇、および海面上昇を追跡します。

History

衛星測地学は、地球の扁平率を精密化した初期の人工衛星の追跡から始まり、20世紀後半の全地球航法衛星システムとレーザー測距によって成熟し、2002年に打ち上げられたGRACEやGOCEなどの専用ミッションによって重力測定の分野に到達しました。

Key figures

• Byron Tapley
• Reiner Rummel
• Günter Seeber

Seminal works

• seeber2003
• tapley2004
• torge2012

Frequently asked questions

衛星はどのようにして地球の重力場を測定できるのでしょうか？

衛星の軌道は、その下にある地球の不均一な重力によって摂動を受けます。これらの摂動、または編隊飛行する2つの衛星間の距離の微小な変化を精密に追跡することで、ミッションは重力場をマッピングし、水や氷が移動するにつれてそれが変化する様子を観測することさえ可能です。

宇宙測地学は気候変動の研究にどのように貢献していますか？

時間変動重力ミッションは、氷床や氷河からの質量損失、および地下水貯留量の変化を検出し、一方、衛星高度計は海面上昇を測定し、質量と水がどのように再分配されているかについて直接的な地球規模の測定値を提供します。