Trắc địa vệ tinh và không gian

Vệ tinh đã làm thay đổi ngành trắc địa, cung cấp các hệ quy chiếu toàn cầu, định vị chính xác đến từng milimét, và đo lường trực tiếp trường trọng lực của Trái Đất cùng những thay đổi của nó theo thời gian.

Definition

Trắc địa vệ tinh và không gian là việc xác định hình học, trường trọng lực, định hướng của Trái Đất và các biến đổi tạm thời của chúng bằng cách sử dụng các quan sát từ và của các vệ tinh nhân tạo và các nguồn vô tuyến ngoài thiên hà, bao gồm các hệ thống định vị, đo khoảng cách, đo độ cao và các nhiệm vụ lập bản đồ trọng lực.

Scope

Chủ đề này bao gồm các kỹ thuật không gian của ngành trắc địa hiện đại: hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu để định vị chính xác, đo khoảng cách bằng laser vệ tinh và giao thoa kế đường cơ sở rất dài để xác định hệ quy chiếu và sự tự quay của Trái Đất, đo độ cao bằng vệ tinh để đo bề mặt biển và địa hình, và các nhiệm vụ trọng lực chuyên dụng để phục hồi trường trọng lực thay đổi theo thời gian. Nó đề cập đến định nghĩa và hiện thực hóa các hệ quy chiếu mặt đất, và các tín hiệu địa vật lý mà các phương pháp này phát hiện, từ chuyển động mảng kiến tạo đến sự phân bố lại khối lượng. Trọng tâm là cách các quan sát từ không gian xác định vị trí, hình dạng, sự tự quay và trọng lực.

Core questions

• Làm thế nào các hệ thống định vị vệ tinh đạt được định vị toàn cầu chính xác?
• Làm thế nào các hệ quy chiếu mặt đất và sự tự quay của Trái Đất được hiện thực hóa từ không gian?
• Làm thế nào phép đo độ cao bằng vệ tinh đo bề mặt biển và địa hình biển?
• Làm thế nào các nhiệm vụ chuyên dụng phục hồi trường trọng lực thay đổi theo thời gian?

Key concepts

• Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu và định vị chính xác
• Đo khoảng cách bằng laser vệ tinh và giao thoa kế đường cơ sở rất dài
• Hệ quy chiếu mặt đất và định hướng Trái Đất
• Đo độ cao bằng vệ tinh
• Trọng lực thay đổi theo thời gian từ các nhiệm vụ vệ tinh

Key theories

Các hệ quy chiếu và định vị trắc địa không gian

Kết hợp định vị vệ tinh, đo khoảng cách bằng laser và giao thoa vô tuyến tạo ra một hệ quy chiếu toàn cầu ổn định và các vị trí chính xác đến từng milimét, cho phép đo trực tiếp chuyển động mảng kiến tạo, biến dạng vỏ Trái Đất và sự tự quay của Trái Đất.

Trọng lực thay đổi theo thời gian từ vệ tinh

Theo dõi sự thay đổi khoảng cách giữa hoặc các nhiễu loạn của các vệ tinh quay quanh quỹ đạo giúp phục hồi các bản đồ trường trọng lực hàng tháng, với các biến thể ghi lại sự phân bố lại của nước, băng và các khối lượng khác trên và dưới bề mặt.

Mechanisms

Việc định thời gian chính xác các tín hiệu từ vệ tinh định vị, đo khoảng cách bằng laser hai chiều, và quan sát giao thoa của các chuẩn tinh xa xôi giúp xác định vị trí và định hướng của Trái Đất trong không gian; đối với trọng lực, quỹ đạo của một vệ tinh thấp, hoặc sự thay đổi khoảng cách giữa một cặp vệ tinh, phản ứng với sự phân bố khối lượng bên dưới, do đó việc đo lường các nhiễu loạn quỹ đạo này theo thời gian sẽ cho ra trường trọng lực tĩnh và thay đổi.

Clinical relevance

Trắc địa không gian cung cấp các hệ thống định vị và quy chiếu toàn cầu làm nền tảng cho cơ sở hạ tầng định vị, lập bản đồ và định thời gian, đo lường biến dạng kiến tạo và núi lửa để giám sát nguy hiểm, và theo dõi sự tan chảy của các tảng băng, sự cạn kiệt nước ngầm và mực nước biển dâng cao, những yếu tố trung tâm của khoa học khí hậu.

History

Trắc địa vệ tinh bắt đầu với việc theo dõi các vệ tinh nhân tạo ban đầu đã tinh chỉnh độ dẹt của Trái Đất, phát triển với các hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu và đo khoảng cách bằng laser vào cuối thế kỷ XX, và đạt đến phép đo trọng lực với các nhiệm vụ chuyên dụng như GRACE, ra mắt năm 2002, và GOCE.

Key figures

• Byron Tapley
• Reiner Rummel
• Günter Seeber

Seminal works

• seeber2003
• tapley2004
• torge2012

Frequently asked questions

Làm thế nào vệ tinh có thể đo trường trọng lực của Trái Đất?

Quỹ đạo của một vệ tinh bị nhiễu loạn bởi trọng lực không đều của Trái Đất bên dưới nó; bằng cách theo dõi chính xác các nhiễu loạn này, hoặc những thay đổi nhỏ về khoảng cách giữa hai vệ tinh bay theo đội hình, các nhiệm vụ có thể lập bản đồ trường trọng lực và thậm chí quan sát nó thay đổi khi nước và băng di chuyển.

Trắc địa không gian đóng góp gì vào việc nghiên cứu biến đổi khí hậu?

Các nhiệm vụ trọng lực thay đổi theo thời gian phát hiện sự mất khối lượng từ các tảng băng và sông băng và những thay đổi trong trữ lượng nước ngầm, trong khi đo độ cao bằng vệ tinh đo mực nước biển dâng, cung cấp các phép đo toàn cầu trực tiếp về cách khối lượng và nước đang phân bố lại.