История гравиметрии, тенденции и перспективы развития

спутник
Первые измерения ускорения силы тяжести были выполнены в 16 веке Галилеем. Он использовал открытый им закон свободно падающего тела, согласно которому тело в первую секунду падения проходит путь, равный половине ускорения силы тяжести. Найденное значение ускорения силы тяжести оказалось довольно грубым, так как метод Галилея требовал очень точного измерения длины и времени, что в 16 веке было невозможно. Кроме того, Галилей не учитывал такой существенный источник ошибок как сопротивление воздуха.
Маятниковый прибор оказался тем самым простым и удобным прибором, который позволил выполнять измерения ускорения силы тяжести, начиная с 17 века вплоть до настоящего времени.

Однако первые маятниковые измерения выполнялись не с целью определения ускорения силы тяжести, а для задания эталона длины. Ускорение силы тяжести принималось величиной постоянной. Сомнения в этом впервые заложил астроном Рише в 1672 году. Он заметил, что длина секундного маятника в Кайене, вблизи экватора, оказалась на 3 мм короче, чем длина этого же маятника вблизи Парижа. На самом же деле изменилась не длина маятника, а ускорение силы тяжести, что в дальнейшем было доказано Ньютоном (1686 г.) и Гюйгенсом (1691г.), которые показали зависимость ускорения силы тяжести от широты наблюдения, формы Земли и от скорости вращения Земли.

В 1743 году эта зависимость была подтверждена математически строго доказательством теоремы Клеро, состоящей из двух формул: первая формула дает строгую зависимость изменения ускорения нормальной силы тяжести от широты, а вторая - позволяет вычислить сжатие Земли по гравиметрическим данным.

В дальнейшем развитие гравиметрии определяется как техническими возможностями, так и научными задачами геодезии и геофизики, в которых возрастающее влияние начинают оказывать практические задачи геодезических измерений и геофизических исследований.

Особенность развития гравиметрии за последние три столетия состоит в непрерывном расширении изученных территорий континентов и океанов при постоянном повышении точности измерений.

Таким образом, в соответствии с применяемой аппаратурой и решаемыми задачами выделяют четыре этапа развития гравиметрии:
1.становление теоретических основ (17-18 вв.);
2.совершенствование маятниковых приборов и начало их использования в глобальных задачах геодезии и геофизики (18-19 вв.);
3.развитие вариометров и статических гравиметров, региональные гравиметрические съемки для геофизики (первая половина 20 века);
4.развитие баллистических гравиметров и создание прецизионных гравиметрических сетей для решения задач геодезии, геофизики и геодинамики (начиная со второй половины 20 в.).

Наибольшее развитие гравиметрия получила уже в двадцатом веке.

К концу 80-х - началу 90-х годов прошлого столетия был достигнут большой прогресс в постановке работ по мировой гравиметрической съемке, в которой активное участие принял Советский Союз. Благодаря этому, за указанный период на его территории с помощью высокоточных маятниковых приборов, статических гравиметров и баллистических абсолютных приборов создана надежная опорная гравиметрическая сеть, отвечающая мировым стандартам и хорошо согласованная с мировой гравиметрической системой. Значительный прогресс достигнут также и в гравиметрическом изучении Мирового океана. Проведена планомерная гравиметрическая съемка Арктики и осуществлен большой объем работ по съемке Антарктиды.

В последние годы в связи с широким развитием в мире спутниковых средств измерений и их привлечением к решению задач высшей геодезии в гравиметрии появился новый раздел, называемый спутниковой гравиметрией. Этот раздел занимается созданием и развитием методики получения карт аномалий силы тяжести в свободном воздухе по данным картирования рельефа поверхности океана посредством стационарных спутников. Существенный прогресс в осуществлении данной идеи преобразования высот поверхности океана в гравитационные карты был достигнут после запуска геодезических спутников GEOSAT и ERS-1 (1995 г.). В настоящее время спутниковая гравиметрия располагает точностью 3-7 мГал и разрешением объектов размером 20-30 км. Точность метода существенно возрастает при совместном использовании результатов спутниковых измерений с данными локальных гравиметрических съемок.

После запуска специальных спутников, приспособленных для лазерных и дальномерных измерений, открываются также значительные перспективы в определении глобальных гравитационных моделей, параметры которых устанавливаются путем анализа возмущений орбит этих спутников, наземных гравиметрических данных и данных спутниковой альтиметрии. Потребность в уточнении глобальных гравитационных моделей сохранится в последующие годы и будет связана не только с обеспечением прогноза движения искусственных спутников Земли (ИСЗ) для спутниковой навигации и других баллистических расчетов, но и с решением ряда таких научных и народнохозяйственных задач как:
-построение моделей внутреннего строения Земли, в первую очередь, земной коры;
-изучение вариаций земного гравитационного поля во времени;
-учет влияния дальних зон при точном вычислении высот квазигеоида, уклонений отвеса и других элементов гравитационного поля;
-получение данных для изучения неуровенности поверхности Мирового океана.

Таким образом, в настоящее время в гравиметрии при определении элементов гравитационного поля Земли четко обозначилась тенденция привлечения спутниковых методов, к которым относятся спутниковая альтиметрия, определяющая данные только для морской поверхности, и в перспективе - межспутниковые измерения дальности и радиальной скорости и спутниковая градиентометрия. По предварительным оценкам новые методы представляются весьма эффективными, так как они дают возможность изучать особенности гравитационного поля не только над морем, но и над сушей, тем самым снижая проблему белых пятен в гравиметрической изученности мира.

Известную роль в исследованиях гравитационного поля Земли может сыграть определение высот квазигеоида из совместной обработки спутниковых определений координат и геометрического нивелирования.

Опрос

Вход для участников

Rambler's Top100