Előfizetés a lapra

A nehézségi erőtér vizsgálata

A hét kutatója, CHAMP, édesvíz, esa, geoid, GRACE, gravitáció, interjú, műhold, NASA

2016/09/14

Földváry Lóránt, az Óbudai Egyetem Alba Regia Műszaki Karának dékánhelyettese olyan tudományterülettel foglalkozik, melyet kevesen művelnek hazánkban. Bolygónk nehézségi erőterének műholdas vizsgálatáról van szó, mely nagyon fontos információkkal szolgál a Föld tömegének eloszlásáról, segít az édesvízkészletek meghatározásában és a sarki jégsapkák olvadásának követésében. Ezekről az izgalmas, de korántsem tisztázott kérdésekről beszélgettünk.

(Dobos Dániel felvétele)

– Okleveles építészmérnökből hogyan lett műholdas geodéziával foglalkozó szakember?

– Szüleim mérnöki végzettségűek voltak, ráadásul édesanyám földmérést tanított a BME-n, tehát a mérnöki vonal adott volt. Elvégeztem az egyetemet, de láttam, hogy a földtudományokban jobban érvényesülhet az elméleti beállítottságom. Ötödévesen nyertem egy ösztöndíjat Japánba, és az ottani témavezetőm, Fukuda professzor segítségével találtam rá a műholdas gravimetriára, ami a nehézségi erőtér meghatározása műholdas megoldásokkal. Ezek között van, hogy fedélzeti műszer végez közvetlen méréseket, de többnyire a műhold pályamenti mozgásából következtetünk a gravitációs térre. Japánból 2001-ben már doktorként jöttem haza, és még azon a nyáron a müncheni egyetemről kaptam egy megkeresést a PhD-témám kapcsán, ahol 2002-től 2005-ig voltam. Japánban szimulációs számításokkal néztük, mit mér majd a NASA tervezett műholdpárja, a GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Végül 2002-ben indították őket, Münchenben már meg is kezdtük az első adataik feldolgozását és dolgoztunk a 2000-ben indult német CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload) mérésein is. Itt Európában a GOCE-műholdat (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) tervezték, ami 2009-ben startolt, ebben az ESA-projektben már a BME munkatársaként vettem részt az adatfeldolgozásban. A nyers mérési adatokból kellett eljutni addig, hogy globális nehézségi erőtérmodellt lehessen belőlük meghatározni.

– Ez elég nagy falatnak látszik, és mintha a nehézségi erőtér vizsgálatának minden nehézsége benne lenne.

– Tulajdonképpen igen, de ez adja a szépségét is. Minden kutatás első lépéseként tudnunk kell, hogy a rendelkezésre álló adatsorok milyen hibákkal terheltek. De nálunk több millió adat állt rendelkezésre, így már maga a hibaszűrés is nagy kihívás volt. A következő nagy kérdés, hogyan lehet műholdpályából vagy műhold fedélzetén mért adatokból a nehézségi erőtér tulajdonságaira következtetni. Münchenben az energiamegmaradás törvénye alapján a műholdak mozgásának sebességváltozásait használtuk arra, hogy a helyzeti energiára (tehát a nehézségi erőtérre) következtessünk.

– Miért olyan fontos ez a téma, hogy műholdakat kell hozzá indítani?

– Egyrészt a nehézségi erőtér földfelszíni ismerete információt ad a Föld belső tömegeloszlásáról. Ez geofizikai szempontból érdekes. Közvetlen mélyfúrással 13 km-nél lejjebb még nem jutottak, tehát nagyon közvetettek a Föld belsejére vonatkozó ismereteink. Közvetett módszerekkel, például geomágneses mérésekből vagy szeizmikus hullámok terjedése alapján becsülhető meg a Föld belső szerkezete, az egyes rétegek sűrűsége, hőmérséklete, nyomása – ehhez nyújtanak további információt a gravimetriai mérések.

 Fantáziarajz a GOCE-ról (ESA)

 Másrészt földmérőként a geodéziai jelentőségét is kiemelném. Ha megnézzük a hegyek magasságát a térképen, ilyeneket találunk: „1014 méter a Balti-tenger felett”. Na, de mi ez a „Balti-tenger felett”? Kell egy viszonyítási alap, amihez képest magasságot tudunk definiálni. Ez lehet egy önkényesen kijelölt vízszintes felület (ezt úgy nevezik, hogy geoid). De ez, a „vízszintes”, egy nehézségi erőtértől függő mennyiség, a nehézségi erő vektorának szintfelülete. Fizikai mennyiségről, fizikai törvényeivel leírható fogalomról van szó, amely alakjának globális meghatározása csak műholdas gravimetriával végezhető el.

– Itthon mit és hogyan lehet ebben a témában kutatni?

– A téma globálisnak mondható, de vannak országfüggő vonatkozásai is. Ilyen az, amit a BME-n dolgozó Tóth Gyula kollégámmal csináltunk: egy Magyarországra legjobban illeszkedő geoid-felületdarabot határoztunk meg. Ez nagyon hasznos például a GPS-mérések számára. A GPS-szel a helyzet valójában a földtömegközéppontjához képesti helyvektorokkal határozható meg. Ha magasságot akarunk meghatározni, azt csak úgy lehet, ha a feldolgozó programba be van építve egy geoidmodell, ami megmondja, hogy a Föld tömegközéppontjához képest hol fekszik a vízszintes. Mi tehát egy ilyen modellt határoztunk meg.

 A GOCE-mérések felhasználásával készített hazai geoidmodell

A műholdas gravimetria hazai helyzetét általánosságban az jellemzi, hogy (mint az egzotikus, szép témák általában) vonzó a fiatal kutatók és a diákok számára. Kell is az utánpótlás ahhoz, hogy követni tudjuk a téma nemzetközi trendjeit. Összességében Magyarországon nagyon kevesen foglalkoznak a tárgykörrel. A szakmai frissesség céljából így fontos pár évente néhány hónapos tanulmányutakat tenni vezető egyetemeken, és erre a fiataloknak is lehetőséget kellene biztosítani.

– Az ön kutatói pályája – azaz nagyjából másfél évtized – alatt globálisan hozott-e eredményeket a műholdas gravimetria?

– Ezek a műholdak nagyon sok adalékot adtak, elsősorban földtudományi vonatkozásban. Hidrológiai modellek változtak meg hatásukra. Az Amazonas víztározójáról például a GRACE megfigyelései alapján kiderült, hogy több édesvízkészletet tartalmaz, mint amennyiről a korábbi hidrológiai modellek számot tudtak adni. Földi mérések alapján nehezen becsülhető a növényzet víztartóképessége vagy a föld alatti víztározás mértéke, de a GRACE minden tömeghatásra érzékeny. Kimutatták, hogy 1,2-szer több víznek kell lennie az Amazonas vízgyűjtőjén, mint amennyiről korábban tudtak.

 Gyönyörűen lehet követni azt is, hogy Grönland gyorsuló ütemben olvad. Végeztünk egy becslést, hogy ha az olvadás mostani ütemét extrapoláljuk, akkor 100 éven belül Grönland újra „grön” (zöld) lesz, azaz eltűnik róla a jég. Nyilván nem szabad az extrapolációt komolyan venni, de elgondolkodtató, hogy van rá esély, hogy emberi léptékben belátható időn belül eltűnjön az a rengeteg jég. Egy másik ilyen terület az antarktiszi jégtakaró. Erről tudni kell, hogy csak egyes részeken olyan intenzív az olvadása, mint amilyeneket a tévében szoktak mutatni, ráadásul ez részben természetes folyamat. A GRACE adatai alapján látni, hogy a Nyugat-Antarktisz nagyon intenzíven olvad. (Persze a Déli-sarktól minden északra van, úgyhogy a nyugatot és keletet nem mint égtájat kell érteni, hanem hogy nyugati vagy keleti féltekéjére esik-e a földgömbnek.) A nyugat-antarktiszi rész tehát nagyon olvad, a jóval nagyobb területet kitevő keleti rész viszont sokkal stabilabb. Bár az elmúlt év adatai szerint ez a rész nagyon hektikus, az elmúlt években éppen olvadónak tűnt, de ki kell várni néhány évet, hogy lássuk, ez tényleg egy olvadási folyamat-e, vagy csak egy kisebb átmeneti ingadozás. Tizenvalahány évnyi adatsor alapján nem lehet megmondani, mi a természetes folyamat, és mi nem az. Az éghajlatváltozásnak igazából nincs általánosítható menete, még ha a glaciálisok és az interglaciálisok némi szabályossággal váltják is egymást. Követni lehet a változást, előre jelezni nem. A mostani olvadási folyamatok kiváltójáról nem sokat tudni, de az biztos, hogy mivel nagyon lomha az időbeli változás, amit most látunk, az több száz évvel ezelőtti események következménye. Biztos, hogy az iparosodás hatása is jelentős, az éghajlatot brutálisan befolyásolja, de nem ma, hanem holnap. Üljünk le párszáz év múlva és akkor meg tudjuk mondani, hogy mit okozott az emberi tevékenység.

 TRUPKA ZOLTÁN

 

2016/29