Получены первые данные с нового космического аппарата «Ресурс-П» №4
Редакция «Вестника» продолжает рассказывать о самых современных методах спутниковой геодезии. На этот раз мы обратились к профессору Франку Флештнеру, отвечающему за научную часть спутниковой миссии GRACE и GRACE-FO. Профессор Флештнер рассказал о некоторых результатах научного эксперимента для нас и наших читателей.
Профессор Флештнер – один из самых авторитетных специалистов по гравиметрии, моделированию гравитационного поля Земли, разработкам в области проектирования спутниковых систем.
Франк Флештнер – лауреат премии Вернера фон Брауна, лауреат премий NASA за выдающиеся достижения в области космической геодезии, член Международной ассоциации геодезии (IAG). В Потсдамском центре им. Гельмгольца (GMZ) профессор возглавляет работы по глобальному геомониторингу.
GRACE (англ. Gravity Recovery And Climate Experiment) – совместная спутниковая миссия NASA и Германского центра авиации и космонавтики, направленная на изучение гравитационного поля Земли и его временных вариаций, связанных, в частности, с процессами изменения климата.
Интервью печатается на русском и английском языке.
— По данным GRACE была построена наиболее точная на данный момент карта глобального гравитационного поля Земли. Что дали эти высокоточные измерения в практическом и теоретическом смысле?
Результаты измерений дают ценную информацию о различных явлениях, связанных с глобальным переносом в системе Земля, например с изменениями в континентальном гидрологическом цикле (истощением подземных вод, наводнениями или засухой). Таяние льда в полярных регионах и крупных ледниковых системах или при повышении уровня моря – данные GRACE позволили понять и эти процессы.
— Уточните насколько существенны антропогенные влияния, связанные, скажем, с разработкой недр, с теми изменениями гравитационного поля, которые были зарегистрированы миссией GRACE?
В статье Маттео Роделла и др., опубликованной в 2018 году, даётся количественная оценка 34 тенденций в области накопления подземных вод, наблюдаемых GRACE за период с 2002 по 2016 год, и их движущие силы классифицируются либо как естественная межгодовая изменчивость, либо как явления, вызванные неустойчивым потреблением подземных вод, изменением климата или сочетанием этих факторов. Часть этих трендов недостаточно изучены, но классифицированы по этим признакам. К таковым относятся массовые гидрологические изменения северо-западной части Китая, изменения одной из самых больших речных дельт реки Окаванго на юге Африки.
Водный ландшафт мира реагирует на антропогенное воздействие и климатические изменения, и проведённые исследования это показывают. Всё это является основой для оценки и прогнозирования вызовов, связанных и с нашей продовольственной безопасностью.
— Как, по вашему мнению, гравитационное поле Земли влияет на климат?
Моё личное мнение сводится к тому, что мы видим много свидетельств этому. Например, GRACE-FO измерила рекордную потерю массы в Гренландии в 2019 году (– 532 ± 58 Гт), что является беспрецедентным за период наблюдений с 1948 по 2019 год. Или в период 2003–2016 годов GRACE зафиксировала среднюю потерю льда в размере – 235 ± 29 Гт в год, что делает одну только Гренландию крупнейшим фактором, способствующим современному повышению уровня моря – порядка 10 мм за 14-летний период.
— Гравитационные аномалии, связанные с антропогенным фактором, учитываются в современных климатических моделях?
Гренландия теряет значительно большую массу, чем прогнозировалось в пятом оценочном докладе МГЭИК, в то время как Антарктика находится в нижней части прогнозов климатической модели. Проблема, лежащая в основе прогнозов, заключается в следующем:
а) нам нужны данные GRACE-FO для получения новых знаний для целей более эффективного моделирования и понимания процессов;
b) нам также нужны данные GRACE-FO для валидации и проверки прогнозов, сделанных с помощью наших моделей.
— Удалось ли проекту GRACE зафиксировать то, что происходит в земной коре за день или неделю до каких-либо крупных сейсмических событий?
При нынешней концепции спутниковой системы, когда спутниковая пара висит на высоте 490 км, это невозможно. Можно отслеживать только сопутствующие и постсейсмические события крупных землетрясений. Дальнейшее развитие спутниковых методов, когда будет задействовано несколько пар спутников, летящих на более низких высотах, может позволить детектировать предвестники сейсмических событий.
— Не могли бы Вы уточнить характеристики лазерного интерферометра (LRI), работающего в рамках миссии GRACE-FO? Какова точность сканирования?
LRI – это техническая демонстрация возможностей будущих гравитационных миссий. Заявленная цель LRI – точность порядка 300 нм/кв. т (Гц), реальная же возможность – <10 нм/кв. т (Гц).
— Спутниковые измерения проводятся на большой высоте над поверхностью суши, и попытки редуцировать их вниз упираются в некорректную обратную задачу гравиметрии, не имеющую строгого решения. Как вам удаётся обрабатывать и проводить столь ёмкие вычисления и достигать при этом столь высоких точностей?
В моём институте, а также у наших партнёров в США мы используем так называемый динамический подход, который требует хороших знаний о гравитационных и негравитационных фоновых моделях, например о приливных и неприливных изменениях массы в атмосфере и океанах или точных измерениях негравитационных сил, таких как сопротивление воздуха или солнечное излучение, действующих на орбиту спутника. Если у нас есть такие модели, то мы всё ещё должны пересчитать модели гравитационного поля 2-го уровня с точки зрения сферического гармонического разложения до данных 3-го уровня по сетке. Здесь мы должны сделать много дополнительных поправок, например ввести коэффициенты замещения, которые не могут быть измерены GRACE (например, коэффициент сплющивания C20). Для оптимального разделения сигнала и шума в данных GRACE/GRACE-FO 2-го уровня необходима фильтрация.
Благодаря траектории полярных орбит GRACE и GRACE-FO гравитационные поля обнаруживают значительно выраженные анизотропные характеристики погрешности. Также необходимо добавить фоновые модели, примером которых является глобальная изостатическая корректировка.
— Вы работали с российскими учёными или исследовательскими центрами?
В 1993–94 годах я работал с коллегами из России, когда мы задействовали систему наблюдения PRARE (Precise Range Аnd Range-rate Equipment) на борту российского метеорологического спутника «Метеор-3».
А в 1995 году мы запустили со станции «Мир» лазерный ретрорефлектор (радиусом 10 см). Запуск GRACE был осуществлён с ракетоносителем «Роккот» из Плесецка в 2000 году, а запуск GRACE-FO планировался в 2017 году с космодрома «Ясный» ракетоносителем «Днепр». К сожалению, по политическим причинам это оказалось невозможным.
Интервью подготовил Максим Тужиков, ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД»
Related posts