Спочатку розроблений для точного нальоту літаків під час Другої світової війни, сучасна вдосконалена радіолокаційна технологія може виявити зовсім іншу рухому ціль: зрушення земної кори, які відбуваються так само повільно, як і зростання ваших нігтів.
Дані радіолокації із супутників, таких як Енвісат ESA, використовуються для побудови "інтерферограм", які показують рух міліметрових масштабів. Ці зображення з відтінком веселки надають вченим нові уявлення про тектонічний рух та розширену здатність обчислювати небезпеки, що виникають, коли цей повільний рух прискорюється, у вигляді землетрусів або вулканічної активності.
Десять інструментів корисного навантаження на Envisat включає в себе вдосконалений синтетичний апертурний радіолокатор (ASAR), призначений для отримання радіолокаційних зображень земної поверхні. Частина призначеної Envisat „фонової місії”, коли вона орбітує світом кожні 100 хвилин, полягає в тому, щоб надати пріоритет придбанням ASAR над сейсмічними поясами, які охоплюють 15% поверхні суші.
"До того часу, коли Envisat завершить свою номінальну п'ятирічну місію, ми повинні мати задовільну кількість зображень по всіх сейсмічних поясах", - сказав професор Баррі Парсонс із Центру спостереження та моделювання землетрусів та тектоніки Оксфордського університету.
«Для виявлення цікавої деформації ґрунту, яка нас цікавить, нам потрібні повторні радіолокаційні зображення кожної ділянки. Потім ми поєднуємо пари зображень разом, використовуючи методику, яку називають інтерферометрією SAR, або коротко InSAR, щоб показати будь-які зміни між придбаннями ». (Для отримання додаткової інформації див. Посилання: Як працює інтерферометрія?)
Для точного вимірювання повільного накопичення деформації, коли тектонічні плити рухаються одна проти одної по сейсмічних поясах Землі, поєднуються багато інтерферограм, що вимагає безлічі окремих зображень SAR.
"Причиною цього є мінімізація будь-яких атмосферних перешкод щодо сигналу про малу деформацію земної кори, який нас цікавить", - додав Парсонс. "Використовуючи дані попереднього ERS від Envisat, наша група нещодавно вимірювала тектонічне переміщення по західному Тибеті з точністю в кілька міліметрів на рік. Результати показують, що коефіцієнт ковзання по основних розломах в регіоні набагато менший, ніж раніше вважалося, і що тибетське плато деформується, як рідина. "
InSAR також може бути використаний для аналізу набагато більш різкого руху наземного руху: нещодавно дослідники використовують дані Envisat для графіки деформації землі, пов'язаної з надзвичайно активним вулканом Пітон-де-ла-Фурназ на острові R-союз в Індійському океані, та для виявлення вини, що спричинив землетрус Бам в Ірані в грудні 2003 року.
Визначення вини після катастрофи Бама
Понад 26000 людей загинули 26 грудня 2003 року, коли землетрус масштабу 6,3 за Ріхтером зруйнував іранський оазисний місто Бам. Його стародавня цитадель? визначений об’єктом всесвітньої спадщини? обвалився на щебінь. Хартія про космос та великі катастрофи була активована таким чином, що космічні апарати, включаючи Envisat, набували зображень для підтримки міжнародних зусиль з надання допомоги.
Після попередньої місії Envisat 3 грудня 2003 року в околицях Бама було придбано зображення перед землетрусом, і це було поєднано із зображенням після землетрусу, придбаним 7 січня 2004 року? можлива перша рання дата повторного придбання через 35-денне глобальне покриття Envisat? виконати InSAR.
"Вперше дані Envisat були використані для отримання інтерферограми після великого землетрусу", - сказав Парсонс, частина міжнародної команди, що вивчає землетрус Бам, включаючи учасників Геологічної служби Ірану та Лабораторії реактивного руху США.
Результати були дивовижними, встановивши, що хоча Бам лежить у сейсмічному поясі, саме цей землетрус відбувся з точки, яку ніхто не очікував. Іран - це як заповнення геологічного бутерброда, коли арабська плита просувається в Євразію, і так багато сейсмічних розломів трапляються на її території. Найбільше, що у розломі Гоука, розташованому на захід від Бам, протягом останніх двох десятиліть на ньому відбулося кілька великих землетрусів.
Однак інтерферограма Envisat показала, що землетрус Бам був наслідком розриву раніше не виявленого розлому, що простягається під південною частиною міста, його існування пропущено земними обстеженнями. Помилка виявилася як чітка смуга розриву в інтерферограмі, при цьому рух в обидві сторони від діапазону від п'яти до 30 сантиметрів.
Окрім висвітлення таких змін поверхні, результати InSAR можуть бути використані для опосередкованого загляду під землею, за допомогою програмних моделей, що розраховують, які геологічні явища відповідають поверхневим подіям. З Бамом вони виявили, що ковзання, яке перевищує два метри, сталося на середній глибині 5,5 кілометрів, по різному типу розлому.
Знову обійдусь
Чим точніше можна керувати положенням космічного корабля, тим меншою є базова лінія зображення InSAR - просторова відстань між початковим та подальшим придбанням зображення - і тим краща якість кінцевої інтерферограми. Під час початкового повторного огляду Envisat Бам базовий рівень був достатньо великим, що цифрові дані висоти ERS були потрібні для віднімання топографічних ефектів, викликаних зміщеним кутом зору.
Однак для подальшого перегляду, через 35 днів, керування космічним кораблем було настільки точним, що топографічна компенсація не вимагала, що представляє грандіозне оперативне досягнення для Envisat.
"Наша команда з польотної динаміки обчислила точність до 93 см, використовуючи точні результати визначення орбіти, отримані за допомогою DORIS (допплерівська орбітографія та радіопозиціонування, інтегрована супутником) та лазерні спостереження", - заявив менеджер космічних апаратів Envisat Андреас Рудольф.
«Для досягнення цієї точності були потрібні спеціальні маневри на орбіті, а також наполеглива робота команд Європейського космічного операційного центру (ESOC) тут, у Німеччині, та Європейського інституту космічних досліджень (ESRIN) в Італії? не кажучи вже про трохи удачі! "
Обстеження діючого вулкана
Радіолокаційна інтерферометрія використовується для вивчення землетрусів, а також вулканів - Envisat збирає дані на одному надзвичайно жвавому прикладі останнього.
Стоячи 2631 метром над Індійським океаном, вулкан Пітон-де-ла-Фурнааз не розташований уздовж сейсмічних поясів або пов'язаного з ним «Вогненного кільця», але? як Гаваї з іншого боку планети? вона розташована над магмою "гарячої точки" в земній мантії.
У Паризькому інституті фізики дю Глобуса (IPGP) функціонує In situ обсерваторія вулканів для моніторингу вивержень та пов'язаної з цим діяльності.
«Ми спостерігали за цим базальтовим вулканом протягом останніх 25 років? це один з найактивніших вулканів у світі ", - прокоментував П'єр Бріоле з IPGP. «За останні шість років було 13 вивержень, середня тривалість яких - один місяць. Між 1992 і 1998 роками був тихий час, тоді як вісім вивержень сталися між 1984 і 1992 роками. "
Глибокі підземні процеси зумовлюють поверхневу вулканічну активність? тріщини і виверження лави виникають через канали лави або "дамби", які простягаються вгору від камер магми високого тиску. Деформація ґрунту вгору або вниз в районі вулкана дає зрозуміти, що відбувається під землею, але до недавнього часу кількість наземних точок, які можна було виміряти, була дуже обмеженою.
"Ще в часі наземних геодезичних приладів знадобилося кілька тижнів, щоб виміряти координати, можливо, 20 точок, з точністю близько одного сантиметра", - згадав Бріоле. «Тоді на початку 1990-х з'явилася Глобальна система позиціонування (GPS). Використовуючи GPS, ми могли збільшити кількість очок, виміряних у десятки разів протягом тижневої кампанії, до точності до півсантиметра. Але деформація землі, викликана виверженням, як правило, надзвичайно локалізована в просторі, і ці 200 точок розкинуті по всій області вулкана ".
Була потрібна ще одна космічна технологія для вдосконалення GPS: інтерферограми Piton de la Fournaise на основі понад 60 зображень Envisat, придбаних за останній рік. IPGP є частиною команди, яка використовує дані, які також включають учасників університетів Блеза Паскаля (Клермон-Ферран II) та університетів R-Union.
"Нам пощастило з Пітоном-де-ла-Фурнайз, оскільки його віддалене розташування посеред океану означає, що не виникає сутичок з іншими потенційними цілями Envisat, і тому ми отримуємо більше придбань, ніж більшість інших користувачів зображень ASAR", - додала Бріоль . «InSAR від Envisat виявився надзвичайно потужним інструментом для нас, оскільки він забезпечує дуже високу щільність інформації по всьому вулкану.
«Коли нові виверження відбуваються так часто, наші наземні кампанії не можуть йти в ногу, але інтерферометрія дає нам дані про кожне виверження. І хоча вулкан - це дуже важке місце для роботи? часто із поганою видимістю від погоди та дуже крутим східним флангом? всі частини вулкана до лінії вегетації доступні через InSAR. "
InSAR розкриває схему наземної інфляції в місяці, що передували новому виверженню, коли тиск у магматичній камері зростає. Після виверження тиск знижується і відбувається дефляція.
Виявлені також локалізовані деформації, що виникають у міру поширення магматичних дамб та їх виходу на поверхню. Ступінь деформації, пов'язаної з новою тріщиною, вказує на глибину, на якій вона виникає? Чим ширша інфляція, тим глибше насувається дамба.
Вулканічний моніторинг InSAR вперше був створений за допомогою даних ERS, даючи інтерферограми, що показують високоактивну Італійську гору Етна, яка, здається, «дихає» між виверженнями. І інтерферограмні дослідження очевидно вимерлих вулканів вздовж віддалених частин Анд показали рух землі, який свідчить про те, що деякі фактично все ще активні.
"Існує безліч цікавих напрямків дослідження за допомогою цієї методики, включаючи питання про те, чи можна передбачити, коли вулкан вивержеться, і - при сейсмічних розломах, які часто виникають біля вулканів, - питання про те, чи є сейсмічна активність і виверження вулканів. пов'язані ", - додала Бріоль.
«Наразі наша команда зацікавлена в тому, щоб якомога точніше охарактеризувати Пітон-де-ла-Фурнайз, щоб вдосконалити методи, які ми можемо згодом застосувати до вулканів в інших місцях і, якщо можливо, збільшити кількість придбань, щоб продемонструвати, що моніторинг вулканів InSAR має операційний потенціал. , надання раннього попередження органам цивільного захисту. "
Оригінальне джерело: ESA News Release
