Втрата ваги під час землетрусу
Земля рівна. Не дуже міцний, але принаймні: на екваторі він товщі приблизно на 20 кілометрів, ніж на полюсах. Причиною цього є власне обертання, яке створює відцентрову силу. Тому людина, що важить 70 кілограмів, важить на екваторі приблизно на 350 грамів менше, ніж на полюсах - з одного боку, тому що вони знаходяться далі від центру землі, а з іншого, оскільки відцентрова сила намагається кинути їх у космос.
Але на силу сили тяжіння впливає не тільки форма землі, але і її щільність у підземній глибині: Щільніші породи у надрах Землі створюють більшу гравітацію через більшу масу. І: землетруси можуть змінити цю щільність - не суттєво, але вимірювано. Американська дослідницька група під керівництвом Шін-Чан Хань з Університету штату Огайо в Коламбусі зараз продемонструвала це у великих масштабах.
Попередні дослідження вже виявили зміни гравітації після землетрусів у певних місцях. Звичайно, ці вимірювання відбувались на землі. Команда Хана, навпаки, використовувала дані вимірювань від двох супутників-близнюків Тома та Джеррі з німецько-американської супутникової системи GRACE (Gravity Research and Climate Experiment). Ці два супутники обертаються навколо Землі на висоті близько 450 кілометрів на тій же, майже круговій орбіті. Ви пролітаєте близько 220 кілометрів поспіль. Якби Земля була ідеальною сферою з рівномірним розподілом маси, відстань між двома супутниками завжди була б абсолютно однаковою. Однак коли супутники наближаються до регіону з підвищеною гравітацією, наприклад, спричиненою гірським хребтом, перший супутник відчує сильнішу привабливість спочатку. Він прискорюється і трохи віддаляється від другого супутника. Трохи пізніше, коли перший супутник вже пройшов гірський хребет, другий супутник прискорюється, що знову зменшує відстань між ними.
Мікрохвильові передавачі та приймачі на борту супутників вимірюють ці зміни відстані з точністю до одного мікрометра в секунду, що менше товщини людського волосся. "На мікрохвилі навряд чи впливає тонка атмосфера на рівні супутників", - пояснює Хан. “Однак з результату слід розрахувати пропорції, які виникають від сил, відмінних від сили тяжіння, таких як опір повітря. У цьому допомагають акселерометри на борту супутників ». Раз на місяць із даних створюється поточна карта гравітаційного поля всієї Землі.
Хан та його колеги зробили вражаюче спостереження, коли порівняли гравітаційне поле, визначене GRACE в регіоні Суматри до і після великого землетрусу 26 грудня 2004 р., І розрахували періодичні зміни, наприклад, спричинені припливами або сезонними зрушеннями води.
Результат: на континентальній стороні Яванської западини гравітація зменшилася на 1,5 мільйонних відсотків. Це шедевр точності вимірювань, якщо врахувати, що ця сума означала б втрату ваги лише на одну тисячну частину грама для людини вагою 70 кілограмів. На океані гравітація зросла на стільки ж. Уздовж Яванської траншеї Індо-Австралійська плита штовхається під Євразійською плитою - причиною землетрусу та подальшого цунамі.
Хан та його колеги покладають великі сподівання на ці спостереження: якщо точність таких гравітаційних вимірювань ще покращиться, вони одного разу - разом з іншими сейсмічними та геодезичними даними - можуть бути використані для прогнозування землетрусів. "Тому що перед землетрусом напруга в земній корі зростає - а разом із нею і щільність".
Незабаром можна буде виміряти земну гравітацію точніше, ніж сьогодні: Влітку 2007 року Європейське космічне агентство ESA планує запустити супутник GOCE (Gravity Field і Steady-State Ocean Circulation Explorer), який все ще має різницю гравітації 10–5 метрів на Другий на квадраті (мілігаль) - він у 100 разів точніший за ГРАЦІЮ. Як результат, відхилення від геоїду - ідеалізованої фігури гравітаційного поля Землі (див. Малюнок зліва) - можуть бути визначені в межах одного-двох сантиметрів. На відміну від GRACE, GOCE складається лише з одного супутника. Вимірювання проводяться за допомогою лазерних променів із землі, які супутник, обладнаний GPS-приймачами, відображатиме на висоті 250 кілометрів. ■
Без назви
Гравітація не однаково сильна скрізь, але залежить від численних факторів, включаючи щільність породи. Комп’ютерна графіка показує відхилення від геоїду - ідеалізованої поверхні Землі, на якій сила тяжіння скрізь однакова і яка відповідає середньому рівню моря в океанах. Поглянувши таким чином, наша земля нагадує картоплю: кольорові горбки та вм'ятини мають відхилення між плюс 70 Гал (темно-червоний) та мінус 70 Гал (темно-синій). Одиниця Гал, названа на честь Галілея, дорівнює сотій метрі в секунду в квадраті. Середнє прискорення завдяки силі тяжіння становить 981 Гал. Дані були виміряні німецько-американським супутником-близнюком GRACE (експеримент з відновлення сили та клімату).
Без назви
Великий землетрус в Індійському океані 26 грудня 2004 року змінив там силу гравітації - лише незначно, але вимірюваний за допомогою супутників. На схід від Яванської траншеї (кола) гравітація зменшилася на 15 мільйонних галів (темно-синя), на захід від неї вона зросла на стільки ж (світло-рожева). Це означає зміну на 1,5 мільйонних відсотків кожного разу. Для орієнтації: Великий острів на схід від Яванської траншеї в нижній половині зображення - Суматра. Трикутники та квадрати позначають геологічні розломи та глибоководні хребти. Кольорова шкала внизу показує різницю в гравітації в мільйонних долях гал. Дані надходять від двох супутників-близнюків Тома та Джеррі з німецько-американської системи GRACE.