Предсказывать землетрясения стало возможно с орбиты

17 марта 2009 года на низкую околоземную орбиту был запущен космический аппарат GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) Европейского космического агентства (ЕКА), который стал первым из серии искусственных спутников программы Earth Explorer. Функция спутника GOCE заключается в точном измерении изменений гравитационного поля Земли и составления гравитационной карты нашей планеты с высокой разрешающей способностью. Для того, чтобы обеспечить высокую чувствительность датчикам спутника GOCE, он был помещен на крайне низкую орбиту, предельно допустимую для постоянного нахождения в космосе. Низкая высота полета спутника и высокочувствительные датчики позволили ему стать первым спутником, способным «почувствовать» и измерить низкочастотные колебания атмосферы Земли, вызванные землетрясением.

С момента землетрясения в Японии, которое стало причиной разрушительного цунами, опустошившего северо-восточное побережье Японии и приведшего к ряду катастроф, прошло уже два года. И только сейчас ученые, занимающиеся анализом данных спутника GOCE, обнаружили, что этот спутник четко и подробно зарегистрировал инфразвуковые волны от японского землетрясения.Землетрясения создают сейсмические волны, распространяющиеся в толще земных пород, но особо сильные землетрясения заставляют поверхность Земли колебаться с сильной амплитудой, что является источником инфразвуковых колебаний, распространяющихся через атмосферу. Возле поверхности Земли эти волны имеют очень маленькие размеры, порядка нескольких десятков сантиметров, но, по мере их распространения, они расширяются, и в верхних слоях атмосферы, на высоте 200-300 километров, их размеры увеличиваются до сотен и тысяч метров.

Низкочастотный звук, инфразвук, достигнувший границы атмосферы и космоса, вызывает вертикальные перемещения верхнего плотного слоя атмосферы. Именно эти колебания и смог зарегистрировать спутник GOCE благодаря его трем парам высокочувствительных датчиков-акселерометров, точность которых позволяет измерить изменения гравитации, составляющие одну из 10 000 000 000 000 частей от силы земной гравитации.

Анализ хронологии включений двигателей спутника GOCE и данных от датчиков-акселерометров учеными французского Научно-исследовательского института астрофизики и планетологии (Research Institute in Astrophysics and Planetology), французского космического агентства CNES, парижского Института физики Земли (Institute of Earth Physics), Технологического университета Дельфта (Delft University of Technology) в Нидерландах при поддержке подразделения Earth Observation Support to Science Element Европейского космического агентства позволил обнаружить следы звуковых волн от землетрясения 11 марта 2011 года. Такие способности делают спутник GOCE первым космическим сейсмометром, способным обнаружить землетрясение с околоземной орбиты.

Спустя 30 минут с момента землетрясения, спутник GOCE прошел через серию вертикальных смещений атмосферы, вызванных инфразвуковыми волнами.

Обнаружение таких колебаний датчиками-акселерометрами спутника GOCE очень мало отличается от метода, с помощью которого современные сейсмометры определяют амплитуду колебаний земной поверхности. Помимо этого, спутник GOCE не только определил сам факт наличия инфразвуковых волн, с его помощью удалось даже установить их силу, используя данные об изменениях в плотности верхних слоев атмосферы.

«Используя этот новый метод и инструменты спутника GOCE, ученые-сейсмологи могут прямо сейчас начать изучать из космоса те процессы, которые происходят у них под ногами. Такая возможность позволит им взглянуть на процессы, происходящие в толще Земли, совсем под другим углом и с совершенно новой точки зрения», — рассказал Рафаэль Гарсия (Raphael Garcia), ученый из Научно-исследовательского института астрофизики и планетологии.