监测地球重力场的GRACE卫星

监测地球重力场的GRACE卫星
据《美国太空总署新闻》报道，美国太空署一项研究计划将再度带领人类探索重力的奥秘。

这项命名为GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)的任务，将持续５年精确记录地球重力场的变化。

预计于2001年年底前发射升空的GRACE，包含两个完全相同的卫星，这两颗卫星将在轨道上相距220公里，并且在距离地面500公里的轨道上运行。

卫星上配置的精密科学仪器，能够精确测量两颗卫星之间的距离，进而侦测出重力场的变化。

科学家指出，GRACE 所获取的资料将会彻底改变人们先前对于地球构造、海洋与气候的认知。

研究人员表示，重力有两项迷人的特质。

首先就是它的恒常性。

地球是一颗十分均匀的球体，重力几乎在各处都相同。

在地球上不同地点，你所量到的体重都差不多。

不过，如果你仔细观察，你会发现其中某些变化。

GRACE就是打算对重力场的变化进行非常高精度的测量，这样的测量对于海洋学家来说十分重要。

他们想要知道所见的海洋地形，其中有多少是由重力而非洋流塑造而成。

另一个让科学家感兴趣的特质就是，重力不是永久不变的，而是会随着时间而改变。

例如，地球极区的冰在过去比较多，这些冰的重量让地球在两极的方向较为扁平。

现在由于部分的冰融化，原本被重压的陆地反弹而上升，例如加拿大北部就正在上升中。

这使得地球变得更接近完美的球体，这点可由重力场的变化而得到印证。

因此，地球内部一些极为缓慢的变化的同时也会造成重力场发生变化。

重力随时间的变化正是GRACE所要监测的目标。

通过GRACE精确的测量，人们将能够得知地下水层的深度，并且实际看到海平面的变化。

此外，人们也将能够测量出冰层的重量。

科学家指出，这是一门全新的学科，人们正要开始发掘它的应用。

重力测绘卫星(GRACE )
从3月开始，在500公里的高空，两颗相距220公里的
卫星开始测量地球各地的微小重力差异，这些细微的引力变
化将导致 GRACE 双星距离的变化。

科学家通过测量双星间距
的变化(可精确到10微米)，描绘精确的地球重力场图，精确
重力场图可帮助科学家追踪地球温度变化和推动地球板块移
动及海洋循环的力量。

3月16日莫斯科时间12∶23从普列谢茨克航天中心发射一枚运载火箭，在火箭舱内携带有俄罗斯与美国航天局（NASA）和德国宇航局共同研制的两颗相同的卫星GRACE。

GRACE是Gravity Recovery And Climate Experiment的缩写，即卫星将从事地球重力场和气候的研究。

这两颗卫星可以测量地球上任何一点的重力场，而且能以目前利用任何其它陆上设备都无法达到的高精度进行测量。

这两颗相同的卫星将位于离地面500公里、彼此相距约220公里的极地轨道上，在它们的卫星舱内安装有能以10公里精度测量彼此距离和离开地面距离的测量系统，卫星每昼夜围绕地球转动16周。

它们获得的数据将帮助科学家编制地球重力场分布动态地图，即利用地球重力分布动态地图可以反映出全球海洋洋流的迁移情况，这洋流迁移是由于地球深处物质的移动而发生。

此外，在这两颗卫星上还安装有测量卫星导航系统GPS信号在地球大气层中失真的仪器，它们获得的这些数据将用来提高观测大气层作用过程的精度，大气层作用同样会影响天气预报的精度。

印度地下水枯竭惊人每年损失54立方千
印度次大陆北部的地下水正在以极快的速度消失。

(图片提供:V.
M. Tiwari, et al.,印度国家地球物理学研究所)
农耕无疑是印度次大陆最重要的产业之一。

然而它却正面临着缺水之灾。

卫星遥感测绘数据首次表明，西起巴基斯坦横跨印度北部最终进入孟加拉国的一块长达2000公里的狭长地带，如今其地下水正在以惊人的速度枯竭。

美国加利福尼亚大学欧文分校的水文学家James Famiglietti指出，地下水流失的数字“是巨大的”：这块全世界农业灌溉最稠密的地区——这里生活着6亿人口——每年损失的地下水达到54立方千米。

Famiglietti 说：“我认为没有人知道地下水在这样大的一个地区为什么会如此之快地枯竭。

”
这张有关印度地下水的遥感测绘图(如图)来自于重力恢复与气候试验(GRACE)人造卫星项目——它由美国宇航局(NASA)同德国航空与航天中心合作，于2002年3月发射升空。

事实上，这两颗相距220千米的卫星一前一后围绕地球运转。

利用微波精确测量两个飞行器之间的距离变化，GRACE便能够发现地球引力的细微变化。

当前一颗人造卫星飞越引力反常的区域后，它便会加速；而当飞过反常地带后，这颗人造卫星则随之减速。

这时后面一颗人造卫星便开始加速，并再次接近前面的卫星。

通过
重复地飞越相同地区，GRACE便能够测量地球引力的精细变化，这主要是由于水体在地表上和地表下的流动造成的。

GRACE最著名的功绩便是记录了冰原的收缩，它同时还曾探测到洋流的迁移、地表的枯竭以及湖泊的干涸。

除了冰原的损耗之外，全世界最大的引力下降来自于GRACE最初于6年前发现的、一块以新德里为中心的东西走向面积达270万平方公里的狭长区域。

印度海得拉巴市国家地球物理学研究所的地球物理学家Virendra Tiwari，美国博尔德市科罗拉多大学的John Wahr以及博尔德市国立大气研究中心的Sean Swenson报告说，通过调整因降水和蒸发导致的自然变化，GRACE所测定的引力下降大致相当于地下水每年损耗54立方千米±9立方千米。

这意味着整个地区每年的地下水位平均下降约10厘米。

研究人员在《地球物理学研究快报》上报告了这一研究成果。

地下水位在印度次大陆北部的下降并没有让人们感到过于惊讶。

GRACE发现的地下水疾速损耗地区与全世界最密集灌溉的水田相一致——50%到75%的土地被用来通过地下水或蓄水池灌溉。

并且这里还有6亿人口在使用着这些地下水。

但是研究小组推断，GRACE 测定的地下水枯竭速度意味着，与印度中央地下水委员会于上世纪90年代中期估计的数字相比，在这10年间，地下水开采速度比前者加快了70%。

这样大的开采量使得地下水位很难恢复到原位，这又使得人们不得不用深井和更大的泵来采集地下水，而这有可能打上来许多含盐或被污染的地下水。

Famiglietti指出，通过测量地下水的枯竭，GRACE“表明我们可以在太空中完成一项非常漂亮的工作”。

他说：“通过提供有关整个系统的最全面的意见，我们可以对当地的管理者提供帮助。

”然而在整个印度次大陆，没有人知道地下水还会下降到什么程度，就像Famiglietti所说的，人们只是知道，“它并不是没有底线的”。

说明：为何地球上某些区域会有较强的重力呢？部份区域重力异常原因现在还是不明。

为了对地球表面有更好的了解，科学家利用两部完全相同GRACE卫星之间的微小距离变化，来产生有史以来最好的地球重力场分布图。

在上面这幅分布图中，以红色标示的区域具有比正常值高的重力，蓝色区块则为较弱的区域。

上图许多高峰及低谷是由表面的结构所造就的，举例来说像北中大西洋脊、喜马拉雅山脉等，不过也有些并无对应的可见结构，可能和异常高或低的地底下密度有关。

像这类的分布图可以用来校正地球表面的一些变化，例如多变的洋流和冰川的溶解。

南极发现巨大陨石坑恐龙灭绝又有新说
新研究认为远古的大灾难加速了恐龙的灭绝，并导致澳大利亚
太空网报道，科学家在南极发现了一个巨大的陨石坑,面积相当于俄亥俄州。

他们认为该陨石坑由宇宙陨石撞击而形成，而且导致了2.5亿年前的一次最大规模的物种灭绝。

该陨石坑位于南极洲半英里厚的冰层下面，它是通过高空卫星观察到的，而且是先前被认为导致恐龙灭绝的那个陨石坑的两倍大。

这个陨石坑位于南极洲以东的威尔克斯地地区，处在澳大利亚以南。

科学家认为，这次撞击导致了地球南部有一称作冈瓦纳(Gondwana)超级大陆块的分裂，并将澳大利亚推向了北方。

俄亥俄州立大学地质学教授Ralph von Frese说：“威尔克斯地的这次撞击要比导致恐龙灭绝的那次撞击更大，可能在那时造成了毁灭性的破坏。

”
如何发现的
这个陨石坑大约有300英里宽。

通过美国美国宇航局的GRACE卫星测量那里的重力，通过测量的重力得到那里密度的不同，从而发现了这个陨石坑。

研究人员发现了质量浓度物质，又称之为质量瘤/ 重力异常区，被认为是由撞击时由地幔涌出的物质形成的密集物质。

南极洲东部的高空雷达图像，画圈的区域就是威尔克斯地
Frese说：“如果我在月球上找到重力异常区，我就会期望在
其周围找到陨石坑。

”月球没有大气层的保护，因此到处可见远古
陨石冲击留下的陨石坑。

因此Frese和他的同事们结合了空中雷达图像数据，这些数据显示了一个冰层下宽300英里的圆形区域。

这个重力异常区正好在这个圆形区域内。

Frese说：“当我们观察冰层空中雷达图像时就找到了这个陨石坑。

”
GRACE卫星拍摄到的位于南极洲东部冰层下面的重力异常区
（画圈区域）
确凿证据？
我们知道，二叠纪到三叠纪之间的物种大灭绝导致了大部分陆地和海洋生物的灭亡。

许多科学家一直怀疑是宇宙天体撞击导致了这场物种灭绝。

也有一些科学家认为是由于火山爆发或者其他的原因导致了这场灭绝。

新发现的陨石坑的面积是位于犹加敦半岛奇休鲁布陨石坑的两倍。

犹加敦半岛，位于中美洲向东北方突出部分，墨西哥湾(西、北)和加勒比海(东)之间。

科学家认为这次撞击才最终导致了6500万年前恐龙的灭绝。

研究人员说，奇休鲁布太空陨石的直径大约是6英里，而威尔克斯地陨石的直径达到了30英里。

需要确认
博士后研究人员Laramie Potts帮助了这项发现，美国宇航局提供了资金赞助。

研究人员说需要进行进一步的研究来证实这一发现，下一步可能会到陨石坑那里收集岩石样本，察看岩石的结构是否与巨大的陨石撞击相吻合。