Герой геоида GOCE изучил гравитационное поле Земли и сгорел

11 ноября космический аппарат GOCE вошел в плотные слои атмосферы и сгорел. Так закончился один из самых интересных научных проектов Европейского космического агентства. Более четырех лет футуристического вида аппарат, снабженный ионным двигателем, занимался тем, что измерял ускорение свободного падения на высоте нескольких сотен километров. Полученные данные позволили ученым, среди прочего, уточнить форму геоида, глубину залегания поверхности Мохоровичича, а также поставить (пусть и ненамеренно) уникальный сейсмологический эксперимент.

Проверка солнечных батарей GOCE

Фото: ESA

Аппарат (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer — спутник для исследования гравитационного поля и постоянных океанических течений) был задуман в начале 2000-х годов как один из проектов Европейского космического агентства (ESA) по изучению Земли. Разработка аппарата обошлась в 350 миллионов евро. В конце концов после нескольких задержек аппарат отправился в космос 17 марта 2009 года.

Компьютерная модель GOCE

Изображение: ESA

Главным инструментом на борту аппарата стали шесть высокоточных акселерометров — приборов для измерения ускорения. С их помощью аппарат измерял проекции вектора ускорения на три оси координат в пространстве. За несколько лет работы GOCE собрал большое количество информации о гравитационном поле Земли.

Компьютерная модель GOCE

Изображение: ESA

В течение всего времени работы GOCE летал на высоте 270 километров, где атмосфера достаточно плотная, чтобы постепенно замедлять движение зонда. Для поддержания высоты он был снабжен электрореактивными двигателями. Рабочим телом в них выступал ксенон ( на борту имелся запас газа), который ионизировался и выталкивался через сопла при помощи магнитного поля. Электроэнергию система получала от солнечных батарей

Распространение волн от землетрясений в атмосфере Земли

Изображение: ESA; перевод: «Лента.ру»

С помощью GOCE ученым удалось зарегистрировать атмосферные возмущения, вызванные японским землетрясением 11 марта 2011 года. Специалисты Европейского космического агентства заявили, что это были уникальные для сейсмологов данные, не имеющие аналогов в истории наблюдений.

Геоид

Изображение: ESA

Термин «геоид» придумал Карл Гаусс в XIX веке. Тогда ученым уже было известно, что Земля, вообще говоря, не является идеальным шаром. Оригинальное и неформальное определение Гаусса звучало как «математическая форма Земли». Сейчас геоидом называют эквипотенциальную поверхность гравитационного поля планеты

Геоид

Изображение: ESA

С математической точки зрения, это поверхность, на которой гравитационный потенциал, входящий в уравнение движения тела в поле силы тяжести, является постоянной величиной. Такую форму имел бы достаточно глубокий гипотетический единый океан, покрывающий поверхность планеты. Настоящая форма Земли, однако, отличается от геоида.

Развертка геоида

Изображение: ESA

В августе 2012 года высота орбиты GOCE была снижена до 224 километров. Работа на такой рекордно низкой (для научного спутника) высоте позволила получить еще более точные данные о «математической форме Земли».

Граница Мохоровичича. Цветом на карте кодируется глубина залегания границы

Изображение: ESA

Данные о гравитационном поле позволили GOCE, среди прочего, составить карту поверхности Мохоровичича в максимальном на сегодняшний момент разрешении. Она представляет собой условную поверхность разделения коры и мантии. Поверхность была определена хорватским сейсмологом Андреем Мохоровичичем как граница между средами с резко различающейся скоростью распространения волн. Глубина залегания поверхности варьируется в пределах от 10 до 70 километров.

Вид на GOCE с Земли. Аппарат светится, отражая солнечные лучи

Изображение: Marcoaliaslama / Wikipedia

21 октября 2013 года у GOCE закончилось топливо. После этого аппарат стал постепенно сходить с рабочей орбиты. 11 ноября 2013 года около 4:00 по московскому времени в районе моря Моусона у побережья Восточной Антарктиды он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел.