给力新一代重力卫星.docVIP

给力新一代重力卫星 　　前不久，美国国家航空航天局(NASA)公布的必威体育精装版资料显示，地球的重力正在随着全球气温的上升而发生变化。NASA表示，1900～2012年的100多年里，全球气温上升了0.75℃。尽管升高了不到1℃，地球的重力还是发生了不小的变化。 　　NASA的这份报告出自“格瑞斯(GRACE)”重力测量卫星的监控结果。通过测量卫星轨道飞行路径的变化，可以得出冰川融化对地球质量和引力的影响。电脑将数据综合分析后发现，“非正常的融冰正在影响着地球的重力”。德国科学家也利用“格瑞斯”在2002～2011年的数据发现，格陵兰冰川的质量在10年间减少了240亿盹，这意味着海平面平均每年上升0.7毫米。 　　人造地球卫星：重力测量的另一种可能 　　地球表面上的许多地方人类无法抵达，重力测量难以实现。人造地球卫星的发射，为观测全球范围内的重力场及其随时间的变化提供了可能，重力测量精度也随之提高。 　　人造地球卫星在空间运行时，主要受地球的引力和离心力影响，换句话说，卫星主要受地球重力的作用。基于此，20世纪50年代末和20世纪60年代初期，人们就已经利用对近地卫星的光学观测(主要是在地面对卫星拍照，根据照片上卫星和恒星的位置关系，确定卫星的坐标)来跟踪卫星。20世纪60年代中期出现的卫星激光测距技术，因为测量精度更高，逐渐取代了卫星的光学观测技术。到20世纪80年代中后期，研究人员利用卫星轨道反算地球重力场的参数，建立了早期的低阶全球地球重力场模型，当时确定的全球大地水准面的精度为米级。 　　20世纪70年代末出现的卫星雷达测高技术，利用星载激光雷达测定海面高度。精度从起初的米级达到了厘米级；同时卫星激光测距技术的测量精度也从米级、分米级达到了厘米级别。在这一阶段人们先后建立了较高阶次的地球重力场模型，相当于100千米至50千米的分辨率。相应地，确定大地水准面(大地水准面是由静止海水面向大陆延伸所得到的封闭曲面，它是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高的起算面)的精度为分米或者亚分米级，对于重力异常(理论值和实际数值的差值)的确定精度达到了几个毫伽(毫伽是表示重力场强度的单位，1毫伽=10-5米／平方秒)的数量级。 　　不过，上面提到的这些卫星，都不是直接用来测定地球重力场的。 　　经过数十年的理论研究、技术设计和试验，直接使用卫星测定地球重力场的计划终于在2000年变为现实，2002年和2009年又有3颗重力卫星发射。这4颗卫星分为3种：2000年发射的挑战微小卫星平台(CHAMP)、2002年发射的重力恢复和气候试验(GRACE——音译为格瑞斯)以及2009年发射的重力场和静态洋流探索(GOCE)。其中，格瑞斯由两颗卫星组成，由美国航空航天局和德国空间局联合研制，“挑战微小卫星平台”和“重力恢复和气候试验”分别由德国空间局和欧洲空间局研制。 　　这样一来，最近10年间，已经有4颗新一代重力卫星成功发射、运行并用于地球重力场的观测。所谓新一代重力卫星，指的是这些卫星的发射目的本身就是用于重力测量的；老一代卫星的数据用于重力测量，是进行了间接计算。 　　由于轨道高度约为两万千米的美国全球导航卫星已经开始运行，这4颗轨道高度数百千米的低轨卫星都可以接收导航卫星数据，确定自身的运行轨道，用于地球重力场的确定，这就是所谓的“高-低卫星追踪技术”。 　　重力卫星数据的应用 　　重力卫星的发射和应用为人们了解地球提供了更多的技术手段。通过重力卫星所获取的大量数据，已经被广泛应用到科学研究中。例如：格瑞斯卫星获取的连续10年重力场数据，为国内外科研人员在地球物理学、大地测量学、海洋学等学科进行相关的研究提供了支撑。 　　观测地球重力场随时间的变化，可以用于反演地下水储量的变化。国外学者研究了水量充沛的亚马逊河流域的重力变化，对该区域的水储量的季节性变化进行了研究，发现这种季节变化趋势和重力卫星格瑞斯观测到的重力变化一致，和水文资料得到的结果也吻合。我国学者利用格瑞斯卫星数据对于我国华北地区尤其是京津冀区域的地下水储量进行了考察，为决策部门提供了科学决策的依据。 　　在精密工程建设中有重要意义的我国厘米级的大地水准面建设，除了利用地面、海洋和航空重力数据，也采用了格瑞斯等重力卫星数据进行参考。在航天领域，精确的重力卫星数据为航天器的发射和测量控制提供了保障，它可以极大改善在轨卫星的轨道确定精度。例如，我国发射的海洋卫星、资源卫星和神舟系列飞船的轨道精密确定，都受益于重力卫星数据。在海洋和导航领域，重力卫星也可以提供支持。在军事领域，重力卫星的数据可以为提高远程武器的命中精度提供有力保证。 　　重力卫星数据计算出的地球形状 　　这里的地球形状，并不是地球的自然形状，而是最接近于地球平均海平面的大地水准面，它的形状接近于旋转椭球。