Družice GOCE se stala prvním seismometrem na oběžné dráze
Družice jsou schopné sledovat změny na zemském povrchu způsobené zemětřesením, ale dosud nikdy ve vesmíru nedokázaly zaregistrovat zvukové vlny zemětřesením vyvolané – až doteď. Supercitlivá gravitační družice ESA GOCE si totiž ke svým dosavadním úspěchům přidala další prvenství.
Zemětřesení totiž nevytváří jen seismické vlny putující skrze interiér Země, ale velké otřesy způsobují také to, že povrchu planety se chvěje podobně jako buben. Což vytváří zvukové vlny, které cestují směrem vzhůru atmosférou.
Velikost těchto vln se mění od centimetrů na povrchu Země až do řádu kilometrů ve velmi řídké atmosféře ve výškách 200 až 300 km.
Jen zvuk o nízké frekvenci – infrazvuk – je přitom schopen dosáhnout těchto výšek. Způsobuje vertikální pohyby, které roztahují a smršťují atmosféru urychlováním vzduchových částic.
V pondělí 11. března si Japonsko připomnělo dvacet tisíc obětí zemětřesení a následného tsunami, které před dvěma lety zdevastovaly jeho severovýchodní pobřeží. Nové studie přitom odhalily, že tyto masivní otřesy byly zaregistrovány dokonce i družicí ESA GOCE.
Od startu v roce 2009 mapuje GOCE zemské gravitační pole s dosud nevídanou přesností: obíhá totiž kolem Země tak blízko, jak si žádný jiný pozorovací satelit netroufl. Ale ve výškách pod 270 kilometrů už musí čelit odporu zbytkové atmosféry, který snižuje rychlost a způsobuje rychlý pokles.
Chytře navržená družice proto nese inovativní iontový motor, který trvale kompenzuje jakýkoliv odpor díky přesně řízenému nepatrnému tahu. Tato měření jsou prováděna s pomocí velmi přesných akcelerometrů.
Díky opatřením, která udržují GOCE na ultrastabilní nízké oběžné dráze, je možné provádět extrémně přesná měření zemské gravitace, hustoty atmosféry a vertikálních větrů: za tímto účelem jsou sbírána data o činnosti iontového motoru a z akcelerometrů.
Aby z mise GOCE bylo získáno co nejvíce informací, zpracovávají vědci z Výzkumného institutu astrofyziky a planetologie ve Francii, francouzské kosmické agentury CNES, Institutu zemské fyziky v Paříži a Delftské technické univerzity z Nizozemí za podpory ESA všechna historická měření.
Díky tomu objevili, že GOCE 11. března 2011 zaregistrovala zvukové vlny způsobené rozsáhlým zemětřesením, které zasáhlo Japonsko.
Když družice GOCE prolétala skrze tyto vlny, její akcelerometry zaznamenaly vertikální posunutí vrstev atmosféry: a to ve stejném rozsahu, jako tento jev zaznamenaly seismometry na Zemi. Zaregistrovány byly též odchylky v hustotě vzduchu ne nepodobné vlnám.
„Seismologové jsou opravdu nadšení z tohoto objevu, protože byli de facto jedinými vědci, kteří dosud neměli žádný přístroj ve vesmíru, který by umožňoval doplňovat měření získaná na povrchu,“ vysvětluje Raphael Garcia z Výzkumného institutu astrofyziky a planetologie.
„Díky tomuto novému nástroji se tak mohou nyní začít dívat do vesmíru s otázkou, což se to vlastně děje pod našima nohama.“
As the animation shows, GOCE, circling Earth at almost 8 km/s crossed the infrasound travelling above the Pacific Ocean at the speed of seismic surface waves, around 4 km/s. Then, after having passed over the North Pole, GOCE caught the infrasound wavefront again above Europe.
These observations are the first direct sounding of atmospheric waves created by earthquakes.
Sean Bruinsma from CNES added, “After fruitless past analyses of data from the CHAMP and GRACE missions for other earthquakes, we are really excited to find the predicted waves in the low-altitude and high-precision GOCE data.”
Rune Floberghagen, ESA’s GOCE Mission Manager noted, “The GOCE team has always known that our accelerometers are something truly special.
“They are about 100 times more sensitive than previous accelerometers. So good, in fact, it was obvious these data would find great uses outside the domain of the gravity field by, for example, probing the space environment in new ways.
“We are now of course excited to see such predictions turning into reality, with such an exciting application in the field of seismology.”
