Fysikaalinen geodesia

Wikipedia

Fysikaalinen geodesia on geodesian tieteenala, joka tutkii Maan painovoimakentän, eli geopotentiaalin, rakennetta. Tutkittavat ilmiöt ovat:

• Maan muoto ja sen approksimaatio vertausellipsoidilla sekä vertausellipsoidin parametrit
• Painovoiman suuruuden määrittäminen Maan pinnalla, normaalipainovoima ja painovoima-anomaliat
• Luotiviivapoikkeamien määrittäminen ja tutkimus
• Geoidin korkeuden määritys eri menetelmillä
• Eri korkeusjärjestelmät, kuten ortometriset ja normaalikorkeudet
• Maan painovoimakentän vaikutus satelliittien rataliikkeeseen
• Geoidi ja keskimerenpinta sekä niiden välinen ero eli meritopografia
• Painovoimagradientin määritys ja tutkimus
• Vuoksivoima ja vuoksi-ilmiö.

[muokkaa] Geopotentiaali

Maan painovoimakenttä koostuu kahdesta komponentista: Maan massojen aiheuttamasta gravitaatiokentästä ja Maan rotaatioliikkeen aiheuttamasta keskipakoisvoimasta. Niiden yhteisvaikutusta kutsutaan painovoimaksi, symboli , ja painovoiman potentiaalia geopotentiaaliksi, symboli W. Painovoimavektori on geopotentiaalin gradientti:

Painovoimavektori on kaikkialla kohtisuorassa geopotentiaalikentän tasa-arvopintoja vastaan. Geopotentiaalin tasa-arvopinnalla tarkoitetaan sellaista pintaa, jolla potentiaali saa vakioarvon:

W(X,Y,Z) = W₀,

jossa X,Y,Z ovat pisteen koordinaatit avaruudessa.

Geoidiksi kutsutaan sellaista geopotentiaalin tasa-arvopintaa, joka on samalla tasolla kuin "keskimerenpinta". Korkeudet keskimerenpinnalta ovatkin itse asiassa korkeuksia tämän geoidipinnan yläpuolella. Geoidipintaa voidaan ajatella keskimerenpinnan matemaattisena jatkona mantereiden alitse.

[muokkaa] Painovoima-anomaliat

Painovoimaa voidaan mitata gravimetrin avulla. Tulos olkoon painovoiman kiihtyvyys . Jos samalla määritetään mittauspisteen korkeus merenpinnalta (sekä sen likimääräinen vaakasijainti), voidaan myös laskea sen normaali- eli vertauspainovoima γ Maan vertausellipsoidin painovoimamallin avulla. Tulos on painovoima-anomalia

Δg = g - γ

Painovoima-anomaliat ovat geofysikaalisesti merkittäviä. Ne kuvaavat sitä, miten Maan painovoimakenttä poikkeaa alueellisesti ja paikallisesti säännöllisen pyörähdysellipsoidin muodosta. Nämä poikkeamat ovat Maan sisäisen massajakauman epääsäännöllisyyksien seurausta, ja painovoimamittaus on yksi keino niiden tutkimiseksi. Tästä syystä painovoimamittausta eli gravimetriaa käytetään myös malminetsinnän apuvälineenä.

[muokkaa] Geoidimääritys

Painovoima-anomalioita voidaan käyttää myös geoidin korkeuksien määrittämiseen. Tällöin on tiedettävä painovoima kaikkialla Maan pinnalla. Menetelmän keksi ensimmäisenä englantilainen matemaatikko G.G. Stokes. Nykyisin vaatimus painovoima-arvojen globaalisesta saatavuudesta ei ole enää niin suuri ongelma, koska Maan painovoimakenttä on kartoitettu kattavasti satelliittien avulla.