نقشه برداری از میدان جاذبه زمین

نیروی جاذبه یکی از نیروهای بنیادیِ طبیعت است و تمام سیاره ما از سنگ های داخل آن گرفته تا آب روی سطح آن، اسیر این نیروی نامرئی اند. 

گرانش یا جاذبه به دلایل مختلف تغییر می کند. تغییر این نیرو در زمان می تواند به سبب جابجاشدن جرم باشد و می تواند از نقطه ای به نقطه ی دیگر متفاوت باشد. اگر در نقطه ای مقداری جرم اضافه کنید یا مقداری جرم از آن نقطه بردارید، گرانش به مقدار کم، اما قابل اندازه گیری تغییر می کند. این برای علم، یک معما بوده است.

سیصد سال پس از اینکه نیوتون، با افتادن سیب از درخت به فکر نیروی جاذبه افتاد، پژوهشگران در تری یست واقع در شمال ایتالیا، با جزییات گرانش آشنا می شوند. اینجا برای آغاز کار بسیار جذاب است. زیرا زیر زمین غار بزرگی به اسم “گروتا جیگانته” قرار دارد. وجود غار در اینجا به معنای کاهش نیروی جاذبه است. در واقع وزن یک ماشین هزار کیلوگرمی دراینجا، پنج گرم کمتر از جاهای دیگر خواهد بود.

اگر زیر پاهاتان مقدار کم تری سنگ و صخره باشد میزان کشش شما به سمت زمین کم تر می گردد. اما در میدان موضعیِ گرانشی تنها غار نیست که نقش دارد. رفتن به فضا تنها راه رسیدن به نقشه ی میدان گرانش برای کل کره زمین است و ماهواره موسوم به “گوچه” GOCE که توسط آژانس فضایی اروپا در سال ۲۰۰۹ به فضا پرتاب شده، همین کار را انجام می دهد. 

ولکر لیبیگ، مدیر مرکز “برنامه های ملاحظه زمین و گرانش” می گوید:«از بیست سال پیش تا کنون دانشمندان در رؤیای ماموریت فضاییی بودند که به ما نقشه میدان گرانش را با وضوح بالا بدهد.»

ساختن این تصویر یکتا از کل کره ی زمین به زمین شناسان دیدگاهی بی سابقه و تازه از داخل سیاره ما می دهد.

با بررسیِ داده های گرانشیِ ماهواره “گوچه”، استادان ژئوفیزیک می توانند ساختار و تاریخچه کره زمین را دنبال کند. 

اطلاعات مربوط به جاذبه می تواند زمین شناسان را به یافتن مواد با ارزش مثل سنگ آهن راهنمایی کند. همچنین می تواند نشان دهد ریشه رشته کوه ها داخل پوسته زمین تا چه عمقی می رود.

اندازه گرفتن نیروی گرانش، دانش ما در باره اقیانوس ها را نیز به میزان بسیاری افزایش می دهد. گرانش، آب دریاها را به سوی نقاطی می کشد که جرم بیشتری در پوسته زمین متمرکز شده باشد. البته همین آب ها را جریانها و جزر و مد آب نیز به حرکت در می آورد. 

بنابراین اندازگیریِ شدت و جهتِ میدانِ گرانش زمین از فضا، به ما امکان می دهد که هم تغییرات آب وهوایی را دنبال کنیم و هم اعماق پوسته ی زمین و جبه زمین (لایه میان پوسته و هسته کره زمین) را ببینیم.

ماهواره “گوچه” حدود ۲۵۸ کیلومتر بالای سر ما حرکت می کند و از این لحاظ از ماهواره های دیگر به زمین نزدیکتر است. اما حالا ارتفاعش از این هم کمتر می گردد و به ۲۳۷ کیلومتر می رسد. در این ارتفاع ماهواره با جو زمین تماس دارد. 

یکی از هدف های نهاییِ ماهواره “گوچه” این است که دانش ما را از مدل ژئویید یا نقشه گرانشیِ زمین بیشتر کند. تهیه نقشه ژئوئید برای بازکردن کلاف سردرگم مسائلی پیچیده در مساحی و جهت یابی نیز بسیار مهم است. پژوهشگران در مرکز پژوهش زمین شناسی آلمان واقع در پوتسدام، از مدتها پیش بر روی تهیه این نقشه کار می کنند. 

از سال ۱۹۹۵ تا کنون دانشمندان از این مرکز برای اندازه گیریِ گرانش، ماهواره به فضا پرتاب کرده اند. پیشینه این مطالعات در این محل به سال ۱۸۹۲ باز می گردد، زمانی که پژوهشگران با استفاده از آونگ در اتاقی که درآن دریچه هایی برای کنترل دما وجود داشت و زمین آن گرم شد، میدان گرانشی را بررسی می کردند.

اما نوآوری ماهواره “گوچه” این است که برای اولین بار می توانیم نقشه میدان گرانش تمام کره زمین را با آنچنان دقت و کیفیتی بسازیم که بتوان تغییراتِ جرمی مربوط به ساختارهایِ زمین شناختی را به کمک آن تشخیص داد. غالب رشته های علم که با زمین سر وکار دارند، گوشه چشمی هم به این اطلاعاتِ گرانشی دارند. 

البته نیروی جاذبه، در نهایت سبب سقوط ماهواره گوچه خواهد شد، مدار آن پایین

 تر خواهد آمد و در نهایت دوباره وارد جو خواهد شد. اما میراث این ماهواره، نقشه ای بی مانند از دستان نامرئیِ جاذبه زمین خواهد بود.