Спутниковая и космическая геодезия

Спутники преобразили геодезию, обеспечив глобальные системы отсчета, миллиметровую точность позиционирования и прямые измерения гравитационного поля Земли и его изменений во времени.

Definition

Спутниковая и космическая геодезия — это определение геометрии Земли, гравитационного поля, ориентации и их временных вариаций с использованием наблюдений искусственных спутников и внегалактических радиоисточников, а также наблюдений с них, включая системы позиционирования, измерения дальности, альтиметрию и миссии по картированию гравитации.

Scope

Эта тема охватывает космические методы современной геодезии: глобальные навигационные спутниковые системы для точного позиционирования, спутниковую лазерную локацию и радиоинтерферометрию со сверхдлинными базами для систем отсчета и вращения Земли, спутниковую альтиметрию для измерения поверхности моря и геоида, а также специализированные гравитационные миссии, которые восстанавливают изменяющееся во времени гравитационное поле. В ней рассматриваются определение и реализация земных систем отсчета, а также геофизические сигналы, обнаруживаемые этими методами, от движения плит до перераспределения масс. Акцент делается на том, как наблюдения из космоса определяют положение, форму, вращение и гравитацию.

Core questions

• Как спутниковые навигационные системы достигают точного глобального позиционирования?
• Как реализуются земные системы отсчета и вращение Земли из космоса?
• Как спутниковая альтиметрия измеряет поверхность моря и морской геоид?
• Как специализированные миссии восстанавливают изменяющееся во времени гравитационное поле?

Key concepts

• Глобальные навигационные спутниковые системы и точное позиционирование
• Спутниковая лазерная локация и радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами
• Земные системы отсчета и ориентация Земли
• Спутниковая альтиметрия
• Переменная во времени гравитация по данным спутниковых миссий

Key theories

Космическо-геодезические системы отсчета и позиционирование

Сочетание спутниковой навигации, лазерной локации и радиоинтерферометрии дает стабильную глобальную систему отсчета и миллиметровый уровень точности позиционирования, что позволяет напрямую измерять движения плит, деформации земной коры и вращение Земли.

Переменная во времени гравитация по данным спутников

Отслеживание изменяющегося расстояния между орбитальными спутниками или их возмущений позволяет восстанавливать ежемесячные карты гравитационного поля, вариации которого фиксируют перераспределение воды, льда и других масс на поверхности и под ней.

Mechanisms

Точная синхронизация сигналов от навигационных спутников, двусторонняя лазерная локация и интерферометрические наблюдения далеких квазаров фиксируют положение и ориентацию Земли в пространстве; что касается гравитации, орбита низкоорбитального спутника или изменяющееся расстояние между парой спутников реагирует на лежащее в основе распределение масс, поэтому измерение этих орбитальных возмущений с течением времени позволяет получить статическое и изменяющееся гравитационное поле.

Clinical relevance

Космическая геодезия обеспечивает глобальное позиционирование и системы отсчета, лежащие в основе инфраструктуры навигации, картографирования и синхронизации, измеряет тектонические и вулканические деформации для мониторинга опасностей, а также отслеживает таяние ледниковых щитов, истощение подземных вод и повышение уровня моря, что является центральным для климатологии.

History

Спутниковая геодезия началась с отслеживания ранних искусственных спутников, что позволило уточнить сжатие Земли, развилась с появлением глобальных навигационных спутниковых систем и лазерной локации в конце двадцатого века и достигла гравиметрии благодаря специализированным миссиям, таким как GRACE, запущенная в 2002 году, и GOCE.

Key figures

• Byron Tapley
• Reiner Rummel
• Günter Seeber

Seminal works

• seeber2003
• tapley2004
• torge2012

Frequently asked questions

Как спутники могут измерять гравитационное поле Земли?

Орбита спутника возмущается неравномерной гравитацией Земли под ним; точно отслеживая эти возмущения или крошечные изменения расстояния между двумя спутниками, летящими в строю, миссии могут картировать гравитационное поле и даже наблюдать его изменения по мере перемещения воды и льда.

Какой вклад вносит космическая геодезия в изучение изменения климата?

Миссии по измерению переменной во времени гравитации обнаруживают потерю массы ледниковыми щитами и ледниками, а также изменения в запасах подземных вод, в то время как спутниковая альтиметрия измеряет повышение уровня моря, предоставляя прямые глобальные измерения того, как перераспределяются массы и вода.