Teoria și practica geodezică se axează în mare măsură pe măsurarea gravitației.
Dispozitive de măsurare. Cel mai obișnuit instrument pentru măsurarea gravitației este un gravimetru utilizat pentru măsurători relative, adică diferența în valorile forței gravitației la două puncte. Elementul principal al gravimetrului este o grindă orizontală, la un capăt al căreia este plasată o sarcină, iar celălalt este un suport în raport cu care axa brațului basculant poate fi rotit sub acțiunea unui arc dispus oblic. Un capăt al arcului este atașat la brațul basculant în apropierea punctului în care se află sarcina, al doilea la elementul rigid al corpului dispozitivului. În cazul în care orice indice element asociat cu poziția de încărcare a scalei, stabilită la zero, apoi la un alt punct în legătură cu schimbarea de greutate (și, prin urmare, poziția de sarcină), citirea pe scara dispozitivului va fi diferit de zero. Aceasta este citirea scalei și determină diferența dintre valorile forței de gravitație dintre cele două puncte. Avantajele acestor gravimetre sunt mărimea mică și precizia ridicată (până la 0,02 miligli, mGal).
Pentru valoarea reală a accelerației gravitației, în orice punct în raport cu un punct de măsurare de date predeterminate asociate cu măsurătorile de gravitate absolută în acest moment folosind gravimetrului balistică, în care corpul este măsurat în timpul căderii de gravitație. Distanța parcursă de acest corp în timpul toamnei este măsurată printr-un interferometru laser, iar timpul de cădere prin intermediul unui dispozitiv electronic de înaltă precizie. Precizia măsurării prin gravimetre balistice ajunge la 0,01 mGal. Pentru a efectua măsurători absolute ale gravitației, este necesară o cantitate mare de echipamente auxiliare, deci nu este practic să le conduceți cu sondaje geodezice convenționale. Cele mai multe gravimetre balistice sunt situate în laboratoare staționare, dar există și dispozitive transportabile care au niveluri acceptabile de precizie a măsurătorilor.
Rețeaua internațională standard gravimetrică din 1971 a inclus 10 stații gravimetrice pentru măsurători absolute și 1854 de puncte pentru măsurători relative ale gravității. Această rețea este baza pentru efectuarea unui număr mare de sondaje regionale de gravitație cu o precizie de 0,1-0,2 mGal. Deși gravimetrele statice permit obținerea celor mai exacte valori, utilizarea lor în teren necesită o muncă și un timp considerabil.
Gravimetri Aplicare pe baze mobile îngreunate în principal prin faptul că dispozitivul nu este în măsură să se simtă diferența dintre accelerația gravitațională și inerție care apar în același (cinematic) perturbant accelerație (de exemplu, datorită accelerațiilor verticale când vehiculul, navă sau aeronavă). Cu toate acestea, există sisteme similare care să asigure precizia măsurătorilor gravimetrice de ordinul mai multor miligili. Folosesc gravimetre avansate de teren sau seturi de accelerometre care măsoară amploarea accelerației în toate direcțiile. componenta cinematică a accelerației este scăzută din valoarea totală pentru care sistemul efectuează constant diferențiere distanța parcursă în raport cu timpul, iar viteza obținută după diferențierea ulterioară a da valorile accelerației cerute. În plus, există o oportunitate de a introduce un amendament la efectul acestor factori sunt rareori luate în considerare, ca accelerația Coriolis și accelerația centripetă.
Pentru funcționarea cu succes a dispozitivelor gravimetrice transportabile este necesar să se utilizeze sisteme de navigație moderne de înaltă precizie. Studiile de aerogravimetrie utilizează de obicei sisteme radar de bord cu altimetre radar sau altimetru laser (altimetre). Pentru a atinge precizia necesară, sunt luate în considerare și datele obținute de la sistemul GPS prin satelit. Atunci când se măsoară gradientul de gravitație (mărimea modificării accelerației gravitației la distanțe foarte scurte), poziția și accelerația aparatului purtător în sine sunt de obicei neglijate, dar se folosesc instrumente de măsură mai sofisticate. Sistemele mobile existente pentru efectuarea măsurătorilor gravimetrice sunt fie în dezvoltare experimentală, fie, ca în cazul unui sistem gravimetric plasat pe un elicopter, sunt utilizate exclusiv în studii geofizice.
Un rol important în îmbunătățirea măsurătorilor parametrilor câmpului gravitațional al Pământului a fost jucat de utilizarea altimetrelor radar amplasate la bordul sateliților orbitali. Practic, altimetrie prin satelit este destul de simplu: distanta de la satelit la suprafața oceanului este determinată prin intermediul unor dispozitive electronice care măsoară timpul în care undele radio trec această distanță și pentru a reveni la unitatea receptor la bord după reflexie de pe suprafața oceanului. Viteza de propagare a semnalului, înmulțită cu jumătate din intervalul de timp obținut, dă valoarea înălțimii dorită. Suprafața nivelului oceanului (aproximativ corespunzătoare geoid) în ceea ce privește centrul Pământului sau în raport cu o suprafață a unui elipsoid se calculează ca diferență între altitudinea orbitei satelitului (care este determinată de aranjate în mod continuu în jurul globului stații de urmărire) și valorile măsurate ale altitudinii prin satelit deasupra suprafeței oceanului. Astfel, folosirea unui sistem de măsurare prin satelit pentru a determina altitudinea suprafeței oceanice (geoid) pe o parte semnificativă a zonei sale va dura câteva luni. De la aprox. 70% din suprafața totală a pământului au Ocean, o mare parte din cele cunoscute anterior datele de pe câmpul gravitațional al Pământului (aproximat ca geoid) a fost obținut în timpul primelor rotații ale zborului sateliți de specialitate.
Dacă știm configurația unei anumite limite (în acest caz, a suprafeței plane) a câmpului de gravitație, atunci determinarea valorilor gravitației devine o problemă pur matematică. Primele altimetre prin satelit au o precizie de aprox. 1 m, și mai moderne - câțiva centimetri. Limitarea principală a preciziei măsurătorilor utilizând altimetria prin satelit este determinată de parametrii rezoluției orizontale la scanarea suprafeței oceanice și de viteza mare a mișcării prin satelit. O altă limitare impune incompletitudine cunoștințelor noastre despre schimbările în viteza de propagare a undelor electromagnetice în diferite straturi ale atmosferei. Pentru a profita de precizia ridicată oferită de altimetre moderne, este necesar să se obțină o precizie comparabilă în determinarea orbitei satelitului și a gradului de divergență dintre suprafața geoidului și suprafața oceanului, perturbată de vânt, curenți, temperaturi și alți factori. De fapt, mulți sateliți de zbor au fost efectuarea de observații altimetrie, planificate special pentru a furniza date cu privire la curenții oceanici prin măsurători repetate înălțime pe anumite rute. Suprafața geoidului, care este constantă, deci excluse din rezultatele de observație au fost luate în considerare numai modificările nivelului mării în raport cu suprafața geoidului, pentru a judeca curenții și alte procese.
Metodologie. Câmpul gravitațional al Pământului este împărțit în două părți: un câmp gravitațional normal și un câmp rezidual anormal. În geodezie fizică funcționează în principal cu un câmp gravitational anormal. Principalul avantaj al acestei abordări este că câmpul anormal este mult mai slab decât câmpul gravitațional real al Pământului și, prin urmare, caracteristicile sale sunt mai ușor de determinat. Câmpul gravitațional normal este caracterizat de patru parametri: masa totală a Pământului; forma și mărimea elipsoidului cel mai apropiat de geoid la scară globală; viteza de rotație a Pământului. Definiția sa este derivată din condiția ca suprafața elipsoidal - o suprafață plană într-un câmp normal de gravitație și suprafața geoidului este o suprafață plană într-un câmp gravitațional virtual (câmp normală explică de asemenea existența non-gravitaționale, forța centrifugă, care apare ca urmare a rotației Pământului în jurul axei sale) . Se presupune că centrul unui elipsoid normal (sau al elipsoidului de referință) coincide cu centrul de masă al Pământului. În orice punct din geoidului diferența de înălțime și de referință elipsoid, numită ondulațiile geoid, este direct proporțională cu perturbant potențială (potențialul de gravitate - una dintre cele mai importante caracteristici ale câmpului gravitațional terestru). Astfel, determinarea câmpului gravitațional aberant (prin măsurarea gravimetrică) permite determinarea poziției suprafeței geoid cu privire la elipsoid și, prin urmare - forma Pământului. Dacă știm forma de geoid, cunoscut și direcția de greutate, care, la fiecare punct este perpendicular pe geoid. Prin urmare, se poate găsi un fir cu plumb, adică. E. Unghiul dintre direcția de greutate și perpendicular pe suprafața elipsoidului.
În fizica matematică există așa-numitele. limită sau probleme de valoare limită, formulate aproximativ după cum urmează. Dacă schimbările într-o anumită cantitate, de exemplu un potențial deranjant, fac obiectul unei legi și această valoare (sau asociată cu ea) presupune o valoare definită pe o anumită suprafață delimitată, atunci este posibil să se determine valoarea acestei cantități în orice punct al spațiului. În geodezie, forța gravitației este determinată prin măsurători directe; astfel încât problema este de a determina potențialul de perturbație deasupra și deasupra suprafeței pământului. Cu toate acestea, în domeniul geodeziei, problema valorii limită este complicată de faptul că suprafața de graniță (în acest caz, suprafața fizică a Pământului), definită în raport cu geoidul, este cantitatea necesară, determinată în ultimul loc; prin urmare, aceasta este o altă cantitate necunoscută care este inclusă în problemă. Din punct de vedere teoretic, aceasta este una dintre cele mai dificile probleme din domeniul geodeziei, pentru care s-au obținut până acum doar soluții aproximative.
Dzh.Stoks matematician irlandez a decis în 1849 prima problemă geodezic valoare limită, cu condiția ca accelerația gravitațională este cunoscută în orice punct al suprafeței geoidului (considerat aici ca suprafața de delimitare). Cu toate acestea, este foarte dificil să se determine gravitatea pe întreaga suprafață a pământului și este imposibil să se măsoare gravitatea pe suprafața geoidului pe uscat. Singura soluție posibilă este de a calcula accelerația gravitațională la geoid folosind măsurători pe suprafața pământului și introducând o corecție pentru înălțimea anomalie. Această metodă necesită, de asemenea, luarea în considerare a scoarței efect de masa gravitațională situată între suprafața topografică și suprafața geoidului.
La sfârșitul anilor 1950, geodezistul sovietic MS Molodensky a găsit o soluție potrivită pentru orice suprafață arbitrară (inclusiv topografică); această suprafață poate fi descrisă prin date gravimetrice. Deși această soluție este de asemenea aproximativă, ea reprezintă un pas înainte, deoarece nu necesită cunoașterea structurii de densitate a părții superioare a crustei pământului, așa cum se cere în soluția Stokes. În ambele cazuri, magnitudinea accelerației gravitației în apropierea punctului în care trebuie determinată suprafața geoidului are un efect mult mai puternic decât în regiunile mai îndepărtate. Rezultă că cerințele privind acuratețea măsurătorilor gravitaționale la scară globală ar putea să nu fie la fel de stricte.
Alte aspecte ale cercetării geodezice. Datorită utilizării instrumentelor moderne și metodelor de măsurare, a fost posibilă efectuarea de corecții la sistemul de coordonate geodezice. Cu toate acestea, o astfel de clarificare este destul de rar, deoarece sistemul de coordonate trebuie să fie destul de greu, și totuși, în unele cazuri, de exemplu, în studiul cutremurelor, gravitatea topografie și curate și să ia în considerare dimensiunea temporală a evenimentelor.
În anii 1960, când studiile Lunii erau foarte active, cele mai multe dintre sarcinile legate de localizare, navigare și cartografiere au fost rezolvate prin metode geodezice. Acum este destul de clar că tehnicile dezvoltate pentru studiul Pământului pot fi folosite pe orice altă planetă, deși, desigur, în fiecare caz, acest lucru va atrage dificultăți specifice.
Kuzmin B.S. Gerasimov F.Ya. Molokanov V.M. Un scurt dictionar topografic si geodezic. Ed. 3a. M. 1980;
Bryukhanov A.V. Gospodinov G.V. Knizhnikov Yu.F. Metode aerospațiale în cercetarea geografică. M. 1982;
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: