Dnešní pokročilá radarová technologie, která byla původně vyvinuta k určení útočných letadel během druhé světové války, dokáže detekovat velmi odlišný pohyblivý cíl: posuny zemské kůry, ke kterým dochází stejně pomalu jako růst nehtů.
Radarová data ze satelitů, jako je ESA Envisat, se používají ke konstrukci „interferogramů“, které ukazují milimetrové pohyby země. Tyto obrazy s duhovým nádechem poskytují vědcům nové pohledy na tektonický pohyb a zvýšenou schopnost vypočítat nebezpečí, která vznikají, když se tento pomalý pohyb zrychlí, ve formě zemětřesení nebo sopečné činnosti.
Užitečné zatížení deseti přístrojů na Envisatu zahrnuje nástroj ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar), který je určen k získání radarových obrazů zemského povrchu. Součástí úkolu Envisat, který se nazývá „základní mise“, která obíhá svět každých 100 minut, je upřednostnit akvizice společnosti ASAR před seismickými pásy, které pokrývají 15% povrchu země.
"Než Envisat dokončí svou nominální pětiletou misi, měli bychom mít uspokojivé množství obrazů na všech seismických pásech," řekl profesor Barry Parsons z Centra pro pozorování a modelování zemětřesení a tektoniky na Oxfordské univerzitě.
"K detekci jemné deformace země, o kterou se zajímáme, vyžadujeme opakované radarové obrazy každého místa." Pak spojíme dvojice obrazů pomocí techniky nazývané SAR interferometrie nebo zkrátka InSAR, abychom ukázali jakoukoli změnu mezi akvizicemi. “ (Více informací viz odkaz: Jak interferometrie funguje?)
Pro přesné měření pomalého nárůstu napětí, když se tektonické desky pohybují proti sobě podél seismických pásů Země, se kombinuje více interferogramů, což vyžaduje mnoho jednotlivých snímků SAR.
"Důvodem je minimalizovat jakékoli atmosférické rušení ve vztahu k malému signálu krustální deformace, který nás zajímá," dodal Parsons. „S využitím dat od předchůdce společnosti Envisat ERS naše skupina nedávno změřila tektonický pohyb přes západní Tibet s přesností několika milimetrů ročně. Výsledky ukazují, že míra prokluzu napříč hlavními chybami v regionu je mnohem menší, než se dříve myslelo, a že tibetská plošina se deformuje jako tekutina. “
InSAR lze také použít k analýze mnohem prudšího pozemního pohybu: vědci nedávno využívali data Envisat k mapování deformace země spojené s extrémně aktivním sopkou Piton de la Fournaise na ostrově R? Union v Indickém oceánu a pro identifikaci poruchy, která způsobil zemětřesení Íránu v Bamu v prosinci 2003.
Nalezení chyby po katastrofě Bam
Dne 26. prosince 2003 bylo zabito více než 26 000 lidí, když zemětřesení v íránské oáze Bam zničilo 6,3 Richterovy zemětřesení. Je to stará pevnost? určené místo světového dědictví? zhroutil se na trosky. Charta o vesmíru a velkých katastrofách byla aktivována tak, aby kosmická loď, včetně Envisatu, získala snímky na podporu mezinárodního úsilí o pomoc.
Po Envisatově základní misi byl 3. prosince 2003 pořízen obraz před zemětřesením v okolí Bamu a to bylo kombinováno s obrazem po zemětřesení získaným 7. ledna 2004? co nejranější možné datum akvizice díky 35dennímu globálnímu pokrytí Envisatu? provést InSAR.
"Je to poprvé, kdy byla data Envisatu použita k vytvoření interferogramu po velkém zemětřesení," řekl Parsons, součást mezinárodního týmu studujícího zemětřesení Bam, včetně účastníků z Íránské geologické služby a US Jet Propulsion Laboratory.
Výsledky byly překvapivé a prokázaly, že zatímco Bam leží v seismickém pásu, toto konkrétní zemětřesení přišlo z bodu, který nikdo neočekával. Írán je jako vyplňování geologického sendviče, když arabský talíř postupuje do Eurasie a na jeho území se vyskytuje mnoho seismických poruch. Nejvíce pozoruhodně, Gowk chyba lokalizovaná západně od Bama měla několik velkých otřesů se konat na tom během posledních dvou dekád.
Avšak interferogram Envisat ukázal, že zemětřesení Bam bylo způsobeno roztržením dříve nezjištěné chyby, která se táhne pod jižní částí města, a její existence byla ztracena pozemními průzkumy. Porucha se v interferogramu projevila jako zřetelný pruh diskontinuity, přičemž pohyb na obou stranách se pohyboval v rozmezí od asi pěti až do 30 centimetrů.
Kromě zvýraznění takových povrchových změn lze výsledky InSAR použít k nepřímému vzájemnému porovnávání pod zemí, přičemž softwarové modely vypočítávají, jaké geologické výskyty odpovídají povrchovým událostem. S Bamem zjistili, že došlo ke skluzu přesahující dva metry ve střední hloubce 5,5 km, a to po výrazném druhu poruchy.
Přijde znovu
Čím přesněji lze polohu kosmické lodi ovládat, tím menší je základní linie obrazu InSAR - prostorová vzdálenost mezi počátečními a následnými akvizicemi snímků - a lepší kvalita konečného interferogramu. Během počáteční revize společnosti Envisat byla základní linie dostatečně velká na to, aby bylo možné odečíst údaje o výšce ERS pro odečtení topografických efektů způsobených posunutým úhlem pohledu.
Ovšem pro jeho následnou revizi, o 35 dní později, bylo řízení kosmické lodi tak přesné, že nebylo zapotřebí žádné topografické vyrovnání, což pro Envisat představovalo obrovský provozní úspěch.
"Náš tým Flight Dynamics vypočítal přesnost 93 cm pomocí přesných výsledků stanovení orbity z DORIS (Dopplerova orbitografie a radiopozice integrovaných satelitem) a laserových zaměřovacích pozorování," uvedl manažer Envisat Spacecraft Andreas Rudolph.
„K dosažení této přesnosti byly zapotřebí speciální manévry na oběžné dráze, spolu s tvrdou prací týmů v Evropském středisku pro vesmírné operace (ESOC) zde v Německu a Evropském institutu pro výzkum vesmíru (ESRIN) v Itálii? nemluvě o troše štěstí! “
Průzkum aktivní sopky
Interferometrie radaru se používá ke studiu zemětřesení a sopek - Envisat shromažďuje údaje o jednom velmi živém příkladu posledně jmenovaného.
Sopka Piton de la Fournaise, stojící 2631 metrů nad Indickým oceánem, se nenachází podél seismických pásů nebo přidruženého prstenu ohně, ale? jako Havaj na druhé straně planety? je umístěn nad magma 'hotspot' v zemském plášti.
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) provozuje observatoř sopky na místě, která sleduje erupce a související činnosti.
"Sledujeme tuto čedičovou sopku posledních 25 let?" je to jedna z nejaktivnějších sopek na světě, “komentoval Pierre Briole z IPGP. "Za posledních šest let došlo k 13 erupcím s průměrnou délkou jednoho měsíce." Mezi lety 1992 a 1998 bylo klidné období, zatímco mezi lety 1984 a 1992 došlo k 8 erupcím. “
Hluboké podzemní procesy řídí povrchovou vulkanickou aktivitu? lávové trhliny a erupce se objevují kvůli lávovým kanálům nebo „hráškům“, které sahají od vysokotlakých magmatických komor. Deformace půdy buď nahoru nebo dolů v blízkosti sopky poskytuje vhled do toho, co se děje pod zemí, ale donedávna bylo množství pozemních bodů, které bylo možné měřit, velmi omezené.
"V době pozemních geodetických nástrojů trvalo několik týdnů, než změřily souřadnice asi 20 bodů, s přesností asi jednoho centimetru," vzpomněl si Briole. „Začátkem 90. let pak přišel Global Positioning System (GPS). Pomocí GPS bychom mohli zvýšit počet měřených bodů desetkrát během týdenní kampaně, až na přesnost na půl centimetru. Deformace půdy způsobená erupcí je však obvykle extrémně lokalizována ve vesmíru a těchto 200 bodů je rozloženo po celé oblasti sopky. “
Vylepšení na GPS vyžadovalo další kosmickou technologii: interferogramy Piton de la Fournaise, založené na více než 60 obrazech Envisatu získaných v minulém roce. IPGP je součástí týmu využívajícího data, která zahrnují také účastníky z Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) a R? Union University.
"Máme štěstí s Piton de la Fournaise, protože jeho vzdálené umístění uprostřed oceánu znamená, že nedochází ke střetům s jinými potenciálními cíli Envisatu, a tak získáváme více akvizic než většina ostatních uživatelů ASAR snímků," dodal Briole . „InSAR od společnosti Envisat se pro nás ukázal jako velmi účinný nástroj, protože poskytuje velmi vysokou hustotu informací v celé sopce.
"Když se objevují nové erupce tak často, naše pozemní kampaně nedokázaly udržet tempo, ale interferometrie nám poskytuje údaje o každé erupci." A zatímco sopka je velmi obtížné provozovat? často se špatnou viditelností z počasí a velmi strmým východním bokem? všechny části sopky až po vegetační linii jsou přístupné pomocí InSAR. “
InSAR odhaluje vzorec pozemní inflace v měsících předcházejících nové erupci, jak se zvyšuje tlak v magmatické komoře. Po erupci dochází k poklesu tlaku a deflaci.
Také jsou odhaleny lokalizované deformace, ke kterým dochází, když se magma hráze šíří a dostávají na povrch. Rozsah deformace spojené s novou trhlinou označuje hloubku, z níž vychází? čím je inflace širší, tím hlouběji po hrázi došlo.
Sopečné monitorování inSAR bylo poprvé založeno na datech ERS a produkovalo interferogramy, které ukazují, že vysoce aktivní italská hora Etna mezi erupcemi „dýchá“. A interferogramové průzkumy zjevně zaniklých sopek podél odlehlých částí Andách ukázaly pozemní pohyb, což naznačuje, že některé jsou ve skutečnosti stále aktivní.
"Existuje celá řada zajímavých linií výzkumu pomocí této techniky, včetně otázky, zda je možné předpovědět, kdy sopka vybuchne, a - se seismickými poruchami, které se často vyskytují poblíž sopek - otázku, zda seismická aktivita a sopečné erupce jsou propojeny, “dodal Briole.
„Náš tým se nyní zajímá o co nejpřesnější charakterizaci Piton de la Fournaise, k dokonalým technikám se můžeme později aplikovat na sopky jinde a pokud je to možné, zvýšit počet akvizic tak, abychom prokázali, že sledování sopek InSAR má operační potenciál. , poskytování včasného varování orgánům civilní ochrany. “
Původní zdroj: ESA News Release
