Hur mäter man Jordens gravitation med satelliter?

Gravitation är en kraft som attraherar massor och verkar över avstånd från molekylnivå till, i princip, oändligheten.

Ta till exempel en planet och en spelkula. Om båda är i vila i förhållande till varandra kommer gravitationen att dra spelkulan till planetytan där den blir liggande. Om en raket lyfter kulan och dessutom ger den fart längs planetytan kan den bli en satellit och kretsa runt planeten.

Planetens massa (”vikt”) dominerar helt hur spelkulan beter sig, kulans massa är jämförelsevis obetydlig. För varje kombination av planetens massa och spelkulans banhöjd kommer den att färdas i en noga definierad fart för att fortsätta som en satellit. Om vi på något sätt ökar planetens planetens massa/gravitation krävs högre fart för att bibehålla banhöjden, alternativt får man acceptera en lägre banhöjd och högre fart. Se det som en konstant kombination av läges– och kinetisk energi.

  • Alla massor, små (spelkulan) som stora ( detta fall Jorden) kröker rumtiden på ett sätt som tvillingsatelliterna GRACE utnyttjar för sina mätningar.

Vi kan naturligtvis inte ändra en planets massa på det sättet, det är bara ett tankexperiment. Men Jordens gravitation varierar något lite från plats till plats. Det är lätt att föreställa sig att järninnehållet i Malmfälten ökar gravitationen, en effekt som utnyttjades från mitten av 1900-talet genom att flyga över misstänkta områden försedda med, för tiden, känsliga mätinstrument.

Redan 2002 sändes ett par satelliter, GRACE-1 och GRACE-2, upp för att i samarbete kartlägga Jordens gravitation. De går i samma bana på 500 kilometers höjd men 220 kilometer ifrån varandra. När en satellit passerar över ett område med högre gravitation kröks rumtiden, banhöjden minskar och farten ökar. Denna anpassning av fart och banhöjd i relation till gravitationen sker kontinuerligt och för alla satelliter men dessa är konstruerade för att i samarbete kartlägga Jordens gravitationsfält.

Tvillingsatelliterna GRACE

I och med att de cirklar i samma bana men 220 kilometer isär så befinner de sig aldrig nära samma punkt samtidigt. När ”ettan” befinner sig över ett område med högre gravitation ökar hastigheten (den hamnar tillfälligt i en ”utförsbacke”) och avståndet till ”tvåan” ökar. En stund senare kommer ”tvåan” till samma plats, dess hastighet ökar och hinner ifatt. Naturligtvis är det mer komplicerat än så, men principen är korrekt.

För att mäta dessa variationer i avstånd med tillräcklig precision används mikrovågsradio. Systemet är så känsligt att det detekterar skillnader neråt 10 mikrometer, motsvarande 1/10 av ett hårstrå! I kombination med mycket exakta GPS-data kartläggs gravitationen i varje område på Jorden, deras bana är nära polär (passerar nära både Nord- och Sydpol på varje varv) och så anpassad att de scannar hela Jorden på 15 dagar.

Kartläggningen är upp till 1000 gånger precisare än tidigare och mäter t.ex. vattenströmmar i haven, förändringar i glaciärer, istäcken, till och med magmaflöden under jordytan.

GRACE hade en kalkylerad livslängd om 5 år men togs ur drift först 2017. De har ersatts med GRACE-FO (Follow Up) som i tillägg dessutom använder laser för ytterligare precision. De kan mäta inbördes vinklar när de ”dyker” respektive ”stiger” ur gravitationsbrunnarna. GRACE-FO beräknas ha 20 högre precision än föregångarna.


Källa: https://en.m.wikipedia.org/wiki/GRACE_and_GRACE-FO

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google-foto

Du kommenterar med ditt Google-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.