Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия»




НазваниеКонспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия»
страница1/4
Дата конвертации17.05.2013
Размер0.57 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3   4
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия»


Литература

  1. Космическая геодезия. Учебник для вузов.// Баранов В.Н. и др. М.: Недра, 1986.

  2. Пеллинен Л.П. Высшая геодезия (Теоретические основы). М.: Недра, 1978.

  3. Машимов М.М. Планетарные теории геодезии М.: Недра. 1982.

  4. Мельхиор П. Физика и динамика планет. Части 1 и 2. М.: Мир. – 1975.

  5. Основы спутниковой геодезии //Изотов А. А. и др. М.: Недра. – 1974.

  6. Использование искусственных спутников Земли для построения геодезических сетей // Бойко Е. Г. и др. М.: Недра. – 1977.

  7. Использование оптических наблюдений искусственных спутников Земли //Георгиев Н. И. и др. София: изд. Болгарской акад. Наук. – 1979.

  8. Урмаев М. С. Орбитальные методы космической геодезии. М.: Недра. – 1981.

  9. . Глушков, В.В. Космическая геодезия: методы и перспективы развития / В.В. Глушков, К.К. Насретдинов, А.А. Шаравин – М.: Институт политического и военного анализа. – 2002. – 448 с.

  10. Эльясберг П. Е. Определение движения по результатам измерений. М.: Наука. – 1976.

  11. Брандин В. Н., Разоренов Г. Н. Определение траекторий космических аппаратов (Постановка и анализ задач). М.: Машиностроение. – 1978.

  12. Milan Burša, Jan Kostelecký. Space Geodesy and Space Geodynamics. Prague: Ministry of Defence – Topographic Department of the General Staff of the Army of the Czech Republic. – 1999. – 459 p. – Англ.

  13. Gerhard Beutler. The Role of GPS in Space Geodesy. – In book «GPS for Geodesy»

  14. Татевян С.К. Автореферат докторской диссертации.

  15. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / Под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001. – 544 с.


,

1.1. Геодинамические задачи в геодезии


Задачи геодинамики. Геодинамика – научная дисциплина о динамических процессах, происходящих в системе «планета Земля», и о силовых полях, обуславливающих эти процессы. Основная теоретическая задача геодинамики состоит в том, чтобы, зная силовые поля, определять характер динамических процессов, происходящих под их воздействием, в теле, литосфере, и атмосфере Земли. Геодинамика, изучая динамику Земли, отчасти решает задачу определения характера силовых полей и их изменений во времени.

Исходным материалом для изучения динамики Земли служат данные о фигуре (физической, гравитационной и динамической), внутреннем строении, литосфере, гидросфере и атмосфере Земли, солнечно-земные и лунно-земные связи, геогравитационное, геомагнитное, геотермическое и другие геофизические силовые поля, суточное вращение и годовое движение Земли.

Для решения геодинамических задач требуется единая система отсчета – система геодезических координат ECRF и отсчета времени.

Геодинамика как самостоятельная научная дисциплина развивается на стыке астрометрии, геодезии, геологии, геофизики, океанологии и других наук о Земле.

В настоящее время совершенно ясно, что твердая, водная и воздушная оболочки Земли должны рассматриваться как единая динамическая система Земля- Космос, непрерывно изменяющаяся во времени. Наиболее стабильная часть этой системы – твердая оболочка Земли – тоже заметно меняет свою форму, в особенности на дне Мирового океана [1].

,

Рис. 1. Новая глобальная тектоника (тектоника литосферных плит) предполагает, что литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются по астеносфере, в горизонтальном направлении. Близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны (спрединг); в глубоководных желобах одна плита подвигается на другую (субдукция) и поглощается мантией. Там, где плиты сталкиваются между собой, возникают складчатые сооружения [БЭС]. Карта HartRAO.


Термин «Космическая геодезия» можно определить как «решение геодезических задач по наблюдениям искусственных и естественных небесных тел». Если тела включают искусственные спутники, то говорят о Спутниковой Геодезии. Таким образом, содержание термина Спутниковая Геодезия несколько уже, чем термина Космическая геодезия. В последнем случае используются также очень далекие космические тела (квазары, радиогалактики) и более близкие естественные тела Солнечной системы [12]. Поэтому в космической геодезии встречаются такие термины, как «планетодезия» или «планетарная геодезия», «селенодезия» и др.

В зависимости от природы решаемых задач, с которыми приходится иметь дело, различают «Физическую Космическую Геодезию» и «Геометрическую Космическую Геодезию», хотя между ними нет четкой разграничительной линии.

Содержание термина «Космическая геодинамика» можно определить как «решение проблем геодинамики из наблюдений искусственных и естественных небесных тел» Очевидно, что Космическая геодинамика очень близка к Космической геодезии, поскольку природа или наблюдаемые космические объекты очень часто являются общими. Поскольку нет четкой разделительной линии между этими двумя дисциплинами, то они должны интерпретироваться и изучаться совместно.

Содержание термина «Геодинамика» конечно, значительно шире, чем у термина «Космическая геодинамика». Геодинамика описывает состояние тела Земли под действием силовых полей. Возможно, этот термин впервые был использован Скиапарелли в его лекции «Вращение Земли под влиянием действий геологических факторов», которую он написал в Пулковской обсерватории в 1889 г. по случаю своей 50-й годовщины. Он говорил о свободной Эйлеровской нутации, твердой Земле и о влиянии геологических процессов на вращение Земли. В 1911 г. Лява использовал этот термин в заголовке своей книги «Некоторые проблемы геодинамики, посвященной проблеме земных приливов, свободных колебаний гравитирующих сжимаемых планет и проблеме изостатической компенсации.

Содержание термина «Геодинамика», было возможно, определено Мельхиором в его лекции «Геодинамика, точка встречи Астрономии, Геодезии и Геофизики», прочитанной в 1973 г. на Потсдамском симпозиуме по динамике системы Земля-Луна-Солнце динамике земных приливов, свободным колебаниям гравитирующих, сжимаемых планет как способных деформироваться и искусственных спутников Земли как индикаторов действующих сил. С учетом этого, теперь входные данные для геодинамики обеспечивают кроме наблюдений ИСЗ еще и РСДБ и ЛЛЛ, а определение Мельхиора соответствующим образом расширено. Основами являются, таким образом, орбитальное вращение и динамика приливов в системе Земля-Луна-Солнце, частные проблемы часто имеют дело более или менее раздельно, а именно: динамика вращения Земли, динамика земных приливов, динамика тела Земли, динамика фигуры Земли, геопотенциал и его дериваты. Космическая геодинамика включена в ряд научных дисциплин, как например, в космическую геодезию, геофизику, физику атмосферы, физику океанов и морей, геохимию, геологию и гидрологию [12].


Историческая эволюция исследований по фигуре Земли в доспутниковую эру


Проблема определения фигуры Земли, особенно фундаментального параметра, определяющего ее форму в виде полярного сжатия , имеет исключительное значение в границах спектра проблем Космической Геодезии.

Идея сферической Земли возникла во времена Пифагора (582-600 г. д.н.э.) и Аристотеля (384-322 до РХ). Происхождение этой идеи основывалось на форме тени Земли во время солнечных затмений. Продолжалось это почти в течение 20 столетий, до второй половины 17 в., когда в этом начали сомневаться. Ньютон и Гюйгенс.

Ньютон (1643-1727), его книга «Математические начала натуральной философии», доказал, что Земля сжата у полюсов, величина сжатия при условии, что Земля жидкая внутри 1/230.

Модель Ньютона базировалась на условии о гидростатическом равновесии равномерно вращающейся однородной жидкости. На рис. 2 показана исходная фигура (Ньютон, 1687), которую он использовал для объяснения условия равновесия. Давления на дне жидкого столба, ориентированного вдоль оси вращения (полуось b)

(1.1)

а для столба в экваториальной плоскости (полуось а)

(1.2)

должны быть равными; - угловая скорость вращения Земли, g() – ускорение силы тяжести в изменяющемся (переменном) элементе dm(d) c геоцентрическим радиус-вектором ,  - постоянная, определяемая как d=dm, которая содержит плотность тела вращения.



Рис. 2. Фигура Ньютона, иллюстрирующая фундаментальный принцип определения сжатия идеальной однородной Земли в состоянии гидростатического равновесия.


Уравнение подразумевает условие

. (1.3)

Уравнение (1.3) можно интерпретировать через понятия физики как равенство гравитационных потенциалов на граничной поверхности на экваторе (а) и на полюсе(b):



где W0 – гравитационный потенциал в геоцентре.



Эта интерпретация была представлена М.И. Юркиной. [пропущено]. Ньютон рассматривал функцию от () линейной, что применимо только к однородной сфере:

(1.4)

где gp, ge –ускорения силы тяжести на полюсе (=b) и на экваторе (=а). С учетом (1.4) условие (1.3) можно записать как

, (1.5)

или

, (1.6)

то есть

; (1.7)

где

(1.8)

представляет отношение центробежного и гравитационного ускорения на экваторе. Что касается отношения для тела с малым сжатием, то Ньютон применил выражение [не докончено]


Клеро (1713-1765) связал форму Земли с геофизическими параметрами (Teorie de la figure de la terre)

Первый, кто высказал мысль о том, что эллипсоид может не представлять тело Земли достаточно точно, был Бошкович (1711-1787). Лаплас (1749-1827) представил общее выражение геопотенциала в ряд по сферическим гармоникам и начал разрабатывать теорию приливов, хотя это уже было у Ньютона.

Трехосный эллипсоид был предложен Шубертом (1789-1865) в 1859.

В 1873 г. Листинг (1808-1865) ввел концепцию геоида. Квазигеоид Молоденского в 1945 г.


Эволюция космической геодезии и космической геодинамики


Хотя космиеская геодезия считается новой дисциплиной, исследования из предыдущего столетия и даже более ранние, содержание которых соответствует этой новой отрасли науки,

Маклорен (1698-1746) показал, что сжатие Земли можно определить из орбит спутников Земли.

Эйлер в 1768 г. – об определении формы и размеров Земли по наблюдениям Луны с пунктов на одном меридиане.

Лунные методы Гельмерт, Михайлов, Банахевич, Марковиц О’Киф

По спутникам – Э. Бухар в 1957 г.

Вяйсяля – 1946 г. – метод звездной триангуляции. Проект Жонголовича для глобальной сети в форме многогранника с 12 вершинами.

РСДБ – с 1978 г. регулярные измерения, пробные в Канаде в 1967 г.

МСВЗ – с 1988 РСДБ, ЛЛЛ, ЛЛС – три центра.

МГС – с 1994 г.


Международная служба вращения Земли и референцных систем


Основные задачи Международной службы вращения Земли (МСВЗ) - обеспечение мирового научного и технического сообщества параметрами ориентировки Земли (ПОЗ, Earth Orientation Parameters, EOP), а также реализация, использование и внедрение в практику идеальных международных земных (ITRS) и небесных (ICRS) систем отсчета. МСВЗ работает под эгидой Международной ассоциации геодезии (МАГ) и во взаимодействии с Международным астрономическим союзом (МАС) [IERS, 1995]. МСВЗ имеет Центры анализа для каждого из различных космических геодезических методов, включая РСДБ, ЛЛС, ЛЛЛ, Doris, Prare и GPS. Центральное бюро МСВЗ объединяет результаты, распространяет информацию о параметрах ориентировки Земли (ПОЗ), поддерживает небесную (ICRF) и земную (ITRF) системы отсчета (см. главу 3).

Системы отсчета МСВЗ, как ICRF, так и ITRF реализуются в соответствии со стандартами МСВЗ [IERS 1996]. Стандарты МСВЗ состоят из постоянных и моделей, используемых Центрами анализа. Стандарты основаны на состоянии знаний в области обработки геодезических данных и моделей вращения Земли и могут отличаться от принятых стандартов МАГ и МАС, как, например, параметры прецессии и нутации. Система отсчета ICRF реализуется через каталог компактных внегалактических радиоисточников, ITRF – через каталог координат и скоростей станций.

Информация о МСВЗ обеспечивается через Интернет из Центрального бюро МСВЗ, расположенного в Парижской обсерватории и Суб-бюро Быстрой Службы и прогнозов МСВЗ, расположенного в Морской обсерватории США в Вашингтоне.

МСВЗ состоит из трех специализированных центров:

- координационный центр по РСДБ при НГС в шт. Мэриленд, который обрабатывает наблюдения внегалактических источников мировой сетью РСДБ

- центр по ЛЛС при Университете шт. Техас в Остине, где обрабатываются наблюдения геодинамических спутников,

- центр по ЛЛЛ при обсерватории Грасс (Франция).


Госстандарт России

В СССР и затем в России определение ПВЗ входит в задачи Госстандарта СССР (РФ), который выводит, прогнозирует и публикует свои значения ПВЗ, несколько отличающиеся от системы МСВЗ. Для вывода ПВЗ Госстандарт России использует радиодальномерные (фазовые) наблюдения спутников ГЛОНАСС, доплеровские наблюдения спутника Гео-ИК и данные астрооптических наблюдений обсерваторий России, Украины, Узбекистана, Болгарии, Польши, Чехии, Словакии и Югославии.


Международная GPS служба


Всесторонняя информация, включающая точные эфемериды, параметры часов спутников и другие данные, обеспечивается Информационной системой Центрального бюро (ИСЦБ) Международной GPS службы для геодинамики (МГС), находящейся при Лаборатории реактивного движения (JPL). Система ИСЦБ доступна через Интернет и предлагает данные через протокол FTP.

Международная GPS служба (МГС, первоначальное название Международная служба GPS для геодинамики) является международной научной службой, которая официально начала действовать с 1 января 1994 г. после нескольких лет исследований и опытно-поисковых работ. МГС собирает, архивирует и распределяет данные наблюдений ГЛОНАСС/GPS-приемниками и использует их для расчета высокоточных эфемерид спутников СРНС, параметров вращения Земли (совместно с МСВЗ), координат и скоростей станций слежения МГС в системах ITRF. МГС также сообщает данные о часах станций слежения и спутников СРНС, а также информацию об ионосфере и тропософере. МГС состоит из сети станций наблюдений, Центров данных, Центров анализа, Координатора анализа, Центрального бюро и Руководящего совета (рис. 3) [Одуан и Гино 2002].


,


Рис. 3. Организация Международной GPS службы [http://igscb.jpl.nasa.gov].


Точность продуктов МГС достаточна для поддержки текущих научных целей, включая реализацию систем координат ITRF, мониторинг вращения Земли и деформации ее твердой и жидкой компонент (табл. 1), причем эта точность постоянно повышается.


Таблица 1. Характеристики точности продуктов МГС


Вид информации

Быстрые

(прогноз)

Быстрые (обработан-ные)

Срочные

данные

Окончатель-ные данные

Задержка в получении данных

Реальное время

3 часа

17 часов

13 суток

Эфемериды спутников GPS (см)

10

5

<5

<5

Поправки часов спутников GPS (нс)

5

0.2

0.1

<0.1

Координаты полюса (0.001)

0.3

0.1

<0.1

0.05

Продолжительность суток (мкс/сут.)

0.06

0.03

0.03

<0.02

Координаты станций (в плане/по высоте, мм)

-

-

-

3/6

Скорости движения станций (в плане/по высоте, мм/год)

-

-

-

2/3

Тропосферная зенитная задержка (мм)

-

6

-

4
  1   2   3   4

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconАстрономия, гравиметрия и космическая геодезия
Гравитационная томография как физическая проблема: Численное решение обратной задачи моментов 89

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconПрограмма и задания вступительного экзамена для магистрантов по специальности 6М071100 «геодезия»
Перечень дисциплин вступительного государственного комплексного экзамена для магистратуры по специальности 6М071100- «Геодезия»

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» icon«Опорные инженерно-геодезические сети»
Настоящие «Задания» к контрольным работам являются приложением к части 1 Методических указаний к курсу «Прикладная геодезия» и составлены...

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconМетодические указания написаны в соответствии с программой курса «Прикладная геодезия»
Программа, методические указания и задания по курсу «Прикладная геодезия». Часть Изд. МиигаиК. Упп «Репрография», 2011 г., с. 61

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconПрограмма семестрового курса "Механика космического полета" для студентов 3-го курса факи
Лапласа). Связь между интегралами движения. Уравнение орбиты. Уравнение Кеплера. Законы Кеплера. Большая полуось как мера энергии....

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconПрограмма учебной геологической и геодезической практики ч. 1 Геодезическая подготовки студентов по специальностям «Горное дело»
Дисциплина «Геодезия» и в том числе прохождение учебной геодезической практики, входят в состав дисциплины (модуль) «Геодезия и маркшейдерия»...

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconГ. А. Шеховцов Инженерная геодезия
Шеховцов Г. А. Инженерная геодезия: Учебное пособие. – Н. Новгород: Нижегород гос архит строит ун-т, 2003. – 100 с

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconКалендарный план основных мероприятий, проводимых в городе с участием мэрии, с 22 сентября по 28 сентября 2008 года
Международная конференция apsg – 2008 на тему: «Космическая геодинамика и моделирование глобальных процессов»

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconПрограмма учебной дисциплины «Прикладная геодезия»
«Прикладная геодезия» заключается в формировании у студента четкого представления о методах топографо-геодезического обеспечения...

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 300500 «Космическая геодезия» iconПрограмма учебной дисциплины «Прикладная геодезия»
«Прикладная геодезия» заключается в формировании у студента чёткого представления о методах топографо-геодезических и инженерно-геодезических...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница