Ένα ζευγάρι δορυφόρων θα αρχίσει σύντομα να καταγράφει τις μικροσκοπικές μεταβολές στη γήινη βαρύτητα

Από σελίδα της NASA 30 Οκτωβρίου 2001

Ένα ζευγάρι δορυφόρων της NASA, θα αρχίσι σύντομα να καταγράφει τις μικροσκοπικές μεταβολές στη γήινη βαρύτητα, χάρις στο πρόγραμμα GRACE. Αυτό θα επιτρέψει στους επιστήμονες  να παρακολουθήσουν  για πρώτη φορά, τις κινήσεις της μάζας κάτω από όλη την υδρόγειο.

Αριστερό: Οι δίδυμοι δορυφόροι του GRACE θα χρησιμοποιήσουν τους υπερευαίσθητους ανιχνευτές μικροκυμάτων, για να μετρήσουν με ακρίβεια τηνμεταξύ τους απόσταση .

Ενώ στην εποχή του Νεύτωνα, οι φυσικοί πίστευαν πως η βαρύτητα του πλανήτη μας, ήταν σταθερή και αμετάβλητη παντού, τώρα όμως ξέρουμε καλύτερα τι συμβαίνει.

Ο πλανήτης μας είναι άμορφος, με προεξοχές, το ίδιο λοιπόν συμβαίνει και με το βαρυτικό πεδίο του. Οι μεταβολές του μπορεί να είναι πολύ μικρές, πολύ λιγότερο από 1 τοις εκατό, εντούτοις είναι σημαντικές.

Οι μικροσκοπικές αλλαγές στη βαρύτητα, από μέρος σε μέρος και κατά τη διάρκεια του χρόνου, μπορούν να αποκαλύψουν αρκετά πράγματα για τους γήινους ωκεανούς και την κρυμμένη εσωτερική φύση του πλανήτη μας.

"Κάθε μήνα επί πέντε έτη, όσο αναμένεται να είναι η ζωή του GRACE, θα πάρουμε έναν χάρτη του γήινου βαρυτικού πεδίου," λέει ο Μichael Watkins, ένας επιστήμονας του προγράμματος της NASA (JPL), για το GRACE  "Θα είμαστε σε θέση να δούμε διάφορα φαινόμενα, που περιλαμβάνουν την μεταφορά της μάζας --αλλά και πόση μάζα κινείται πραγματικά. Αυτά είναι πράγματα που δεν είναι εύκολο να ειδωθούν με οποιοδήποτε άλλη μέθοδο μέτρησης."

Για να μπορέσει το GRACE να μετρήσει αυτές τις λεπτές παραλλαγές στη βαρύτητα από το διάστημα, οι δορυφόροι που θα είναι free-fall γύρω από τη Γη (όπως όλα τα αντικείμενα σε τροχιά), δεν μπορούν να μετρήσουν τη βαρύτητα όπως τα βαρύμετρα από το έδαφος.

Για να αισθανθεί τη βαρύτητα το GRACE, θα επεκτείνει ένα ζευγάρι ταυτόσημων δορυφόρων στην ίδια τροχιά -- ένα δορυφόρο 220 χλμ μπροστά από τον άλλο. Καθώς το ζευγάρι περιστρέφεται γύρω από τη Γη, οι περιοχές με ελαφρώς ισχυρότερη βαρύτητα θα έχουν επιπτώσεις στο δορυφόρο που βρίσκεται μπροστά, που έτσι θα ωθείται ελαφρώς μακρυά από τον επόμενο δορυφόρο.

Με τον έλεγχο της απόστασης μεταξύ των δύο δορυφόρων με εξαιρετική ακρίβεια (οι δορυφόροι μπορούν να αισθανθούν μια αλλαγή της μεταξύ τους απόστασης, με ακρίβεια 1μm -- το 1/50 του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας), το GRACE θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει μικρές διακυμάνσεις στο πεδίο βαρύτητας της Γης.

Οι βαρυτικοί χάρτες του GRACE θα έχουν μια χωρική ανάλυση, της τάξεως των 300km στο έδαφος. Οι επιστήμονες αναμένουν τους χάρτες για να αποκαλύψουν πολλά σύνθετα χαρακτηριστικά γνωρίσματα που προκαλούνται από, π.χ. τα βουνά, τα στρώματα του πάγου, και τις μετακινούμενες τεκτονικές πλάκες. Η γήινη μεγάλης κλίμακας δομή (που γίνεται επίπεδη στους πόλους και διογκώνεται στον ισημερινό), θα εμφανιστεί επίσης καθαρά στους χάρτες.

Οι χάρτες του γήινου πεδίου βαρύτητας υπάρχουν ήδη, αλλά το GRACE θα βελτιώσει την ακρίβειά τους κατά 100 φορές και έτσι θα επιτρέψει στους επιστήμονες να ελέγξουν τις αλλαγές.

Οι ωκεάνιες μελέτες θα ωφεληθούν πολύ από τα στοιχεία. Παραδείγματος χάριν, οι χάρτες του GRACE θα αποκαλύψουν νέες πληροφορίες για τη μορφή των ωκεανών του πλανήτη μας. Αλλά και το ύψος επιφάνειας της θάλασσας, επίσης ποικίλλει λόγω των μεγάλης κλίμακας ωκεάνιων ρευμάτων και μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία του νερού.

Εχοντας μια καλύτερη ιδέα για τη συμβολή της βαρύτητας, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να συναγάγουν  καλύτερα συμπεράσματα για τις θερμοκρασίες και τα ρεύματα των ωκεανών --   πληροφορίες ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του παγκόσμιου κλίματος.

Μια ιδιαίτερα συναρπαστική πτυχή αυτής της αποστολής, είναι η δυνατότητα να παρατηρηθούν οι αλλαγές στο πεδίο βαρύτητας κατά τη διάρκεια του χρόνου. Η βαρύτητα είναι η "σκιά" της μάζας, και η μάζα είναι ένα κρίσιμο μέρος της εξίσωσης για πολλά φυσικά φαινόμενα. Μπορεί αυτά να είναι η εκλέπτυνση των απέραντων στρωμάτων του πάγου, η ροή του νερού μέσω των υδροφόρων στρωμάτων, ή τα αργά ρεύματα του μάγματος βαθιά μέσα στη Γη, που εξαρτώνται από το ποσό της σχετικής μάζας, και θα επιτρέψει έτσι στους επιστήμονες να συναγάγουν καλύτερα συμπεράσματα για αυτές τις σημαντικές φυσικές διαδικασίες.

"Μπορείτε να καθορίσετε, παραδείγματος χάριν, εάν το επίπεδο της θαλάσσης ανεβαίνει επειδή εκεί εισέρχεται πραγματικά περισσότερο νερό που λειώνει ή εάν το νερό ανεβαίνει απλά λόγω της θέρμανσης," λέει ο Watkins.

Καταρχήν, θα αφαιρέσουν από τα αποτελέσματα τις επιπτώσεις των κινήσεων της ατμόσφαιρας. Οι μετεωρολόγοι έχουν γίνει αρκετά καλοί στον υπολογισμό της διανομής της μάζας στην ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας στοιχεία από τους καιρικούς σταθμούς σε όλο τον κόσμο και τους μετεωρολογικούς δορυφόρους που περιβάλλουν τη Γη. Αυτές οι εκτιμήσεις θα εμφανίσουν ποιο μέρος των μετρήσεων του συστήματος GRACE οφείλεται στην ατμόσφαιρα, επιτρέποντας έτσι στους επιστήμονες να εξετάσουν την επιφάνεια και την υποεπιφάνεια.

Αριστερά: Με τη παγκόσμια αλλαγή του κλίματος, και την αυξανόμενη ανησυχία, οι επιστήμονες παρακολουθούν προσεκτικά τα στρώματα του πάγου.

Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες θα χρησιμοποιήσουν κι άλλες πηγές πληροφοριών -- όπως τα στοιχεία βροχοπτώσεων, ή τη γεωγραφική γνώση, και τα στοιχεία από άλλους δορυφόρους -- για να επισημάνουν ποιό είναι το γεγονός που προκαλεί τη μικρή αλλαγή στο πεδίο βαρύτητας.

Αυτό το είδος των συμπερασμάτων που θα βγούν, είναι μια νέα επιστήμη, επισημαίνει ο Watkins, και οι μέθοδοι για τα συμπεράσματα αυτά που βασίζονται στα στοιχεία του GRACE θα πάρουν κάποιο χρόνο για να ξεκαθαρίσουν.

Βιοϋπολογισμός

Παράλληλα, η NASA με την ενεργό συμμετοχή του Πανεπιστημίου του Stanford, δημιούργησε ένα νέο τμήμα για το τομέα της Διαστημικής Βιολογίας.

Το Stanford που διαθέτει ένα από τα καλύτερα τμήματα Βιολογίας στον κόσμο, θα τροφοδοτεί τη NASA με τους καλύτερους επιστήμονες, ενώ η NASA θα βάζει την υλικοτεχνική υποδομή.

Στόχος της συνεργασίας θα είναι η ανάπτυξη ενός νέου επιστημονικού πεδίου, ο Βιοϋπολογισμός (biocomputation). Βασικό πεδίο της έρευνας του, θα είναι η δημιουργία προσομοιώσεων της εξέλιξης και της λειτουργίας των κυττάρων, καθώς και το πως και πόσο επηρεάζονται τα κύτταρα από ασθένειες σε κανονικές συνθήκες όπως και σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας.