Супутник GOCE стає першим космічним сейсмографом, здатним виявити землетрус з орбіти
Космічний апарат GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) Європейського космічного агентства (ЄКА) був запущений на низьку навколоземну орбіту 17 березня 2009 року і став першим із серії штучних супутників програми Earth Explorer. Функція супутника GOCE полягає в точному вимірюванні змін гравітаційного поля Землі та складання гравітаційної карти нашої планети з високою роздільною здатністю. Для того, щоб забезпечити високу чутливість датчиків супутника GOCE він був поміщений на вкрай низьку орбіту, гранично допустиму для постійного перебування в космосі. Низька висота польоту супутника і високочутливі датчики дозволили йому стати першим супутником, здатним "відчути" і виміряти низькочастотні коливання атмосфери Землі, викликані землетрусом.
З моменту землетрусу в Японії, яке стало причиною руйнівного цунамі, що спустошив північно-східне узбережжя Японії і призвів до ряду катастроф, пройшло вже два роки. І тільки зараз учені, що займаються аналізом даних супутника GOCE, виявили, що цей супутник чітко і докладно зареєстрував інфразвукові хвилі від японського землетрусу.
Землетруси створюють сейсмічні хвилі, що поширюються в товщі земних порід, але особливо сильні землетруси змушують поверхню Землі коливатися з сильною амплітудою, що є джерелом інфразвукових коливань, що поширюються через атмосферу. Біля поверхні Землі ці хвилі мають дуже маленькі розміри, близько кількох десятків сантиметрів, але по мірі їх поширення вони розширюються і у верхніх шарах атмосфери, на висоті 200-300 кілометрів, їх розміри збільшуються до сотень і тисяч метрів.
Низькочастотний звук, інфразвук, яка досягла межі атмосфери та космосу, викликає вертикальні переміщення верхнього щільного шару атмосфери. Саме ці коливання і зміг зареєструвати супутник GOCE завдяки його трьом парам високочутливих датчиків-акселерометрів, точність яких дозволяє виміряти зміни гравітації, становлять одну з 10 000 000 000 000 частин від сили земного тяжіння.
Оскільки супутник GOCE летить на висоті менше 270 кілометрів, він знаходиться на гранично допустимій висоті для будь-якого орбітального супутника. З-за цього він періодично зачіпає за верхні залишкові шари атмосфери Землі. Для того, щоб компенсувати втрату швидкості і відхилення від траєкторії іонний двигун супутника виробляє поштовхи строго заданої потужності і тривалості, які розраховуються на основі даних від датчиків-акселерометрів.
Аналіз хронології включень двигунів супутника GOCE і даних від датчиків-акселерометрів вченими французького Науково-дослідного інституту астрофізики і планетології (Research Institute in Astrophysics and Planetology), французького космічного агентства CNES, паризького Інституту фізики Землі (Institute of Earth Physics), Технологічного університету Дельфта (Delft University of Technology) у Нідерландах за підтримки підрозділу Earth Observation Support to Science Element Європейського космічного агентства дозволив виявити сліди звукових хвиль від землетрусу 11 березня 2011 року. Такі здібності роблять супутник GOCE першим космічним сейсмометром, здатним виявити землетрус з навколоземної орбіти.
Через 30 хвилин з моменту землетрусу супутник GOCE пройшов через серію вертикальних зміщень атмосфери, викликаних инфразвуковыми хвилями. Виявлення таких коливань датчиками-акселерометрами супутника GOCE дуже мало відрізняється від методу, за допомогою якого сучасні сейсмометри визначають амплітуду коливань земної поверхні. Крім цього, супутник GOCE не тільки визначив сам факт наявності інфразвукових хвиль, з його допомогою вдалося навіть встановити їхню силу, використовуючи дані про зміни в щільності верхніх шарів атмосфери.
"Використовуючи цей новий метод та інструменти супутника GOCE, вчені-сейсмологи можуть прямо зараз почати вивчати з космосу ті процеси, які відбуваються у них під ногами. Така можливість дозволить їм поглянути на процеси, що відбуваються в товщі Землі під зовсім іншим кутом і з абсолютно нової точки зору", - розповів Рафаель Гарсія (Raphael Garcia), вчений з Науково-дослідного інституту астрофізики і планетології.