위성 및 우주 측지학

위성은 측지학을 혁신하여 전 지구적 기준 프레임, 밀리미터 단위의 위치 결정, 그리고 지구 중력장 및 시간 경과에 따른 그 변화에 대한 직접적인 측정을 제공합니다.

Definition

위성 및 우주 측지학은 인공위성 및 은하계 외 전파원의 관측을 사용하여 지구의 기하학적 구조, 중력장, 방향 및 시간적 변화를 결정하는 학문으로, 위치 결정 시스템, 거리 측정, 고도 측정 및 중력 매핑 임무를 포함합니다.

Scope

이 주제는 현대 측지학의 우주 기술을 다룹니다: 정밀 위치 결정을 위한 전 지구 위성 항법 시스템, 기준 프레임 및 지구 자전을 위한 위성 레이저 거리 측정 및 초장기선 간섭계, 해수면 및 지오이드 측정을 위한 위성 고도계, 그리고 시간 가변 중력장을 복원하는 전용 중력 탐사 임무. 이는 지상 기준 프레임의 정의 및 실현, 그리고 판 운동에서 질량 재분배에 이르기까지 이러한 방법들이 감지하는 지구물리학적 신호를 다룹니다. 강조점은 우주 관측이 위치, 형태, 자전 및 중력을 어떻게 결정하는지에 있습니다.

Core questions

• 위성 항법 시스템은 어떻게 정밀한 전 지구적 위치 결정을 달성합니까?
• 지상 기준 프레임과 지구 자전은 우주에서 어떻게 실현됩니까?
• 위성 고도계는 해수면과 해양 지오이드를 어떻게 측정합니까?
• 전용 임무는 시간 가변 중력장을 어떻게 복원합니까?

Key concepts

• 전 지구 위성 항법 시스템 및 정밀 위치 결정
• 위성 레이저 거리 측정 및 초장기선 간섭계
• 지상 기준 프레임 및 지구 방향
• 위성 고도계
• 위성 임무를 통한 시간 가변 중력

Key theories

우주 측지학적 기준 프레임 및 위치 결정

위성 항법, 레이저 거리 측정 및 전파 간섭계를 결합하면 안정적인 전 지구적 기준 프레임과 밀리미터 수준의 위치를 얻을 수 있으며, 판 운동, 지각 변형 및 지구 자전의 직접적인 측정을 가능하게 합니다.

위성을 통한 시간 가변 중력

궤도를 도는 위성 간의 변화하는 거리 또는 섭동을 추적하면 중력장의 월별 지도를 복원할 수 있으며, 그 변화는 지표면 및 지하의 물, 얼음 및 기타 질량의 재분배를 기록합니다.

Mechanisms

항법 위성 신호의 정밀 타이밍, 양방향 레이저 거리 측정, 그리고 멀리 떨어진 퀘이사의 간섭계 관측은 우주에서 지구의 위치와 방향을 고정합니다. 중력의 경우, 저궤도 위성의 궤도 또는 위성 쌍의 변화하는 분리는 기저 질량 분포에 반응하므로, 시간 경과에 따른 이러한 궤도 섭동을 측정하면 정적 및 변화하는 중력장을 얻을 수 있습니다.

Clinical relevance

우주 측지학은 항법, 매핑 및 타이밍 인프라의 기반이 되는 전 지구적 위치 결정 및 기준 프레임을 제공하고, 재해 모니터링을 위한 지각 및 화산 변형을 측정하며, 기후 과학의 핵심인 빙상 용해, 지하수 고갈 및 해수면 상승을 추적합니다.

History

위성 측지학은 지구의 편평도를 정밀하게 조정한 초기 인공위성 추적에서 시작하여, 20세기 후반의 전 지구 위성 항법 시스템과 레이저 거리 측정으로 성숙했으며, 2002년에 발사된 GRACE 및 GOCE와 같은 전용 임무를 통해 중력 측정 분야에 도달했습니다.

Key figures

• Byron Tapley
• Reiner Rummel
• Günter Seeber

Seminal works

• seeber2003
• tapley2004
• torge2012

Frequently asked questions

위성은 어떻게 지구의 중력장을 측정할 수 있습니까?

위성의 궤도는 그 아래 지구의 불균일한 중력에 의해 섭동을 받습니다. 이러한 섭동 또는 편대를 이루어 비행하는 두 위성 간의 미세한 거리 변화를 정밀하게 추적함으로써, 임무는 중력장을 매핑하고 물과 얼음이 이동함에 따라 중력장이 변하는 것을 관찰할 수도 있습니다.

우주 측지학은 기후 변화 연구에 어떻게 기여합니까?

시간 가변 중력 임무는 빙상과 빙하의 질량 손실 및 지하수 저장량의 변화를 감지하는 반면, 위성 고도계는 해수면 상승을 측정하여 질량과 물이 어떻게 재분배되는지에 대한 직접적인 전 지구적 측정을 제공합니다.