Gdzie znajduje się środek Ziemi? Przełomowe badania wrocławskich naukowców

Naukowcy z Wrocławia wykorzystali po raz pierwszy na świecie obserwacje aż 80 sztucznych satelitów nawigacyjnych do wyznaczenia środka Ziemi.

Środka Ziemi - jako całej planety - nie jesteśmy w stanie pomierzyć bezpośrednio. Jednakże wiedza, gdzie się znajduje, jest kluczowa zarówno w praktyce inżynierskiej, ponieważ układy odniesień przestrzennych bardzo często zaczepione są w środku Ziemi, jak również w badaniu całej planety i zmian na niej zachodzących. Do znalezienia środka masy Ziemi możemy posłużyć się technikami pośrednimi, wykorzystując uniwersalne prawa fizyki. Jedno z praw Keplera mówi, że wszystkie ciała niebieskie orbitują po okręgach lub elipsach, przy czym w ognisku elipsy znajduje się środek masy ciała głównego. Do pomiarów środka Ziemi, czyli tzw. współrzędnych geocentrum, można zatem wykorzystać satelity orbitujące wokół Ziemi oraz precyzyjne obserwacje ich ruchu.

Naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu - dr hab. inż. Krzyszof Sośnica, dr. inż. Grzegorz Bury oraz mgr inż. Radosław Zajdel - do wyznaczenia środka Ziemi wykorzystali 3 konstelacje satelitów: GPS, GLONASS i Galileo. Wcześniej takie badania nie były możliwe, gdyż system Galileo osiągnął liczbę 24 aktywnych satelitów dopiero pod koniec roku 2018. Dzięki temu przeprowadzone badania mają charakter nowatorskich i przełomowych w zakresie wyznaczania środka ciężkości Ziemi z dokładnością sięgającą pojedynczych milimetrów.

Wyniki swoich badań naukowcy opublikowali w czasopiśmie GPS Solutions, w artykule "Geocenter coordinates derived from multi-GNSS: a look into the role of solar radiation pressure modeling". W publikacji opisali jak modelowanie orbit satelitów GPS, GLONASS i najnowszego systemu Galileo wpływa na wyznaczenie współrzędnych środka Ziemi. Najbardziej problematyczną składową współrzędnych geocentrum okazała się składowa wzdłuż osi Z, która jest skierowana na biegun północny. Gdy orbity satelitów i ciśnienie słoneczne nie są dobrze modelowane, składowa Z ruchu geocentrum zawiera więcej błędów niż faktycznego sygnału geofizycznego spowodowanego cyrkulacją mas pomiędzy półkulą północną i południową.

Naukowcy wskazali również, że dokładne dane na temat parametrów optycznych i fizycznych satelitów, które w roku 2017 opublikowała Europejska Agencja Kosmiczna, poprawiają jakość modelowania orbit oraz możliwość opisu ruchu geocentrum.

W wyniku analiz okazało się ponadto, że współrzędne środka Ziemi najlepiej wyznaczać z wykorzystaniem dwóch konstelacji: GPS i Galileo. W artykule wykazano, że konstelacja GLONASS na chwilę obecną nie nadaje się do wyznaczenia współrzędnych geocentrum, gdyż niezależnie od przyjętej strategii modelowania orbity, błędy wynikające z ciśnienia słonecznego są większe niż sam ruch geocentrum.

Źródło: IGIG UPWr