Gravite Uyduları



Yeryuvarı gravite alanı günümüzde CHAMP, GRACE ve GOCE adı verilen alçak yörüngeli uydular (yer merkezinden yaklaşık 400 km uzaktaki-LEO) yoluyla izlenebilmektedir.

CHAMP

2000 yılında yörüngesine (yaklaşık 454 km yüksekliğe) fırlatılan CHAMP (Challenging Minisatellite Payload) uydusu, GFZ (Geoforschungzentrum)-Potsdam (Almanya) tarafından işletilmiş ve 2010 yılında görevini tamamlamıştır.

CHAMP uydusunun bilimsel amaçları şöyledir;

  • Statik yeryuvarı gravite alanının uzun dalga boylu yapısını ve bunun zamansal değişimlerini (atmosferik kütle değişimleri, okyanus akıntıları ve kutupların erimesinden kaynaklanan deniz seviyesi değişimlerinden oluşan) ortaya çıkarmak,
  • Global yer manyetik alanı ve bunun zamansal değişimlerini izlemek 
  • İyonosfer ve troposfer tabakalarını incelemektir

CHAMP uydusunda ölçme sistemi, uydunun yörüngesinin GPS uyduları yardımıyla izlenmesine ve yörüngesine yer gravite alanından kaynaklanan ivmelenmelerin bir 3 eksenli ivme ölçerle belirlenmesine dayanır.

GOCE

Eylül 2009 tarihinde yörüngesine oturtulan GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) Kasım 2013 yılında ömrünü tamamlamıştır. İşletme sorumluluğu ESA’ya (Avrupa Uzay Ajansı) ait olan GOCE sisteminden elde edilen yaklaşık 4 senelik veri günümüzde halen değerlendirilmektedir.

GOCE’un en temel amaçlarından birisi, yeryuvarının statik (zamana bağlı olmayan) gravite alanını ve jeoidi oldukça yüksek doğrulukta belirlemektedir; tüm yer için

  • 1 mGal doğruluğunda gravite anomalisi elde etmek
  • Jeoit doğruluğunu 1-2 cm’ye yükseltmek
  • Bunları 100 km konumsal çözünürlükte elde etmek

amaçlanmaktadır. Jeodezik açıdan bu amaçlara ulaşarak, GNSS’nin mühendislik çalışmalarında kullanım alanını global anlamda arttırmak, farklı yükseklik sistemlerini birleştirmek ve özellikle alçak yörüngeli uydu yörünge belirlemesi ve prediksiyonunu önemli ölçüde geliştirmek sağlanabilecektir. 

GOCE ile yeryuvarı gravite alanından kaynaklanan ivmelenmelerin belirlenmesi için bu uyduda gradyometre adı verilen 3 eksenli ivme ölçerlerden oluşan bir sistem bulunmaktadır. Bu ölçerlerin (ya da sensörlerin) ilgili eksenlerindeki farkları yardımıyla ivme değişimleri yani gravite alanı belirlemesi yüksek doğrulukta yapılabilmektedir.

GRACE

GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), ağırlıklı olarak yeryuvarı gravite alanının zamansal değişimini belirlemek, kısaca gravite alanını izlemek için tasarlanmış olan bir sistemdir. Alman-Amerikan ortaklığı ile 17 Mart 2002’de yörünge düzlemine (yaklaşık 500 km yükseklikte) yerleştirilen GRACE uydu sisteminin diğer sistemlerden farkı aynı yörüngede birbirlerini 220±50 km mesafeyle izleyen iki adet LEO uydusundan oluşmasıdır. 2015 yılına kadar veri sağlayacağı düşünülmektedir.

GRACE ile sağlanan veriler üç türdür;

  • L1 verisi (Ham veri)
  • L2 verisi (Aylık harmonik katsayı modelleri)
  • L3 verisi (Su seviyesi değişimlerine dönüştürülmüş, işlenmiş veri)

L2 verisi (güncel olarak Release-5) yani aylık harmonik katsayı modelleri dünyada çeşitli veri merkezleri tarafından yayınlanmaktadır. Bu veri merkezleri şöyledir;

  • CSR (Center for Space Research)-Teksas Üniversitesi
  • GFZ (GeoForschung Zentrum)-Potsdam
  • JPL (Jet Propulsion Laboratory)-Pasadena

GRACE verisi, okyanuslardaki su miktarı değişimleri, buzulların erimesi, yer altı su kaynaklarının incelenmesi vb. kütle değişimi çalışmaları yanı sıra tektonik hareketlerin incelenmesi, jeoit ve gravite değişiminin izlenmesi gibi birçok farklı alanda kullanılmaktadır. Ancak, GRACE, global ve bölgesel düzeyde meydana gelen hidrolojik değişimlere karşı duyarlılığının yüksek olmasından dolayı, çoğunlukla bu türdeki kütle hareketlerinin yorumlanması çalışmalarında uygulanmaktadır.

GRACE ile özellikle büyük oranda kütle değişimine neden olan olaylar gözlenmektedir. Örneğin Aralık 2004 yılında meydana gelen ve tsunami faciasına neden oan Sumatra depreminin etkileri GRACE ile gözlenmiştir. Yanı sıra, 2002 yılından günümüze uzun bir zaman aralığında veri sağlayan GRACE ile, periyodik yapıları giderildikten sonra, ilgili jeopotansiyel değişimlerin yıllık değişim miktarları (yani hızları) kestirilmektedir. Bu hızlar yardımıyla buzulların erimesi, bunun jeoide olan etkileri ve su miktarı değişimleri global ve bölgesel alanlarda analiz edilmektedir.