تويت
الجيود هو مقياس مستوى سطح البحر الساكن بعد إهمال حركة الأمواج المضطربة، فالمستوى الذي تستقر عنده المياه يُعرف بالجيود. إذا أردت حساب مقياس الجيود فكل ما عليك فعله هو قياس نسبة مستوى المحيط، وستحصل عليه.
لكن، ماذا بالنسبة لو كنت على اليابسة؟ لنفترض أنك قمت بحفر قناة مائية بعيدًا عن المحيط داخل الأرض، فالمستوى الذي تستقر عنده مياهها هو مستوى سطح البحر.
الجيود هو المقياس الافتراضي لمستوى سطح البحر دون حفر القناة المائية، ويستخدمه مهندسو المساحة في إجراء القياسات الدقيقة لارتفاع الأسطح باعتباره النقطة صفر للمسقط الرأسي.
هل تسقط جميع الأجسام على الأرض بمعدل الجذب ذاته 9.81 متر/ثانية للأس 2 ؟ ماذا عن ثبات الجاذبية بمختلف المناطق على الأرض؟ هل هي ثابتة دائمًا عند ذات القيمة 9.81 متر/ثانية للأس (والتي تعني مترًا لكل ثانية، لكل ثانية)، أو أنها تختلف باختلاف مكان تواجدك؟
من الواضح أن الجاذبية معتمدة بشكل كلي على المكان، وبالاعتماد على النموذج الجيودي فإنها تختلف من مكان لآخر. إذًا يمكننا اعتبار الجاذبية كدلالة للكتلة. على سبيل المثال، تمتلك الجبال كتلة أكبر من الوديان؛ وبالتالي فإن الجاذبية عند الجبال الصخرية تكون أقوى نسبيًا عما هي عليه عند المناطق الأخرى من الأرض.
تتراوح قيمة الجاذبية فوق سطح الارض بين 9.7639 متر/ثانية للأس عند “بيرو” و 9.8837 متر/ثانية للأس عند القطب الشمالي.
وهذا يعني أيضًا بأن كوكبنا وعر جدًا وغير متناسق، وكما ترى بالصورة ثلاثية الأبعاد المرفقة للرؤية الجيودية فإن كوكبنا ليس أملس كامل الاستدارة كما تظن الغالبية من الناس.
جيود الأرض
* الأرض تنتفخ عند خط الاستواء بسبب قوى الدوران، ما يعني بأن الاختلاف بين مركز الأرض وسطحها يكون أقل عند القطبين مما هي عليه عند خط الاستواء.
* إن تركيب المواد المكونة لكوكب الأرض مختلف والمادة ليست متوزعة بشكل متساوٍ؛ ما يجعل فهمنا للجاذبية أكثر تعقيدًا.
زوج الأقمار الصناعية “توم آند چيري”
كيف يمكنك قياس الجيود (مستوى سطح البحر)؟ إذا أردت قياس مستوى سطح البحر فبإمكانك استخدام المد والجزر. ومع الوقت، يمكنك حساب متوسط النتائج. وبالتأكيد فإن النسبة التي ستحصل عليها هي مستوى سطح البحر.
ولكن لفعل هذا ستحتاج العديد من المدود والجزور بمختلف أرجاء الكوكب بأكمله، وهذا هو السبب الذي يجعل الأقمار الصناعية مثل الذي بمهمة ناسا (NASA GRACE mission) والتي تمثل اختصارًا لجملة “تحصيل الجاذبية واختبارات المناخ”، و (ESA’s GOCE mission) التي تمثل هي الأخرى اختصارًا لجملة “مستكشف حقل الجاذبية ودورة استقرار المحيطات” تقوم بحساب حقل جاذبية كوكبنا بدقة لم يسبق لها مثيل.
قمر صناعي
كيف تعمل تلك الأقمار الصناعية؟
مهمة GRACE هي عبارة عن زوج من الأقمار الصناعية يدوران بنفس المدار على مسافة 220 كيلومترًا تقريبًا. وعندما تزداد سرعة القمر الصناعي الرائد فهذا يعني بأن هناك دفعة جاذبة أكبر من المعتاد، وعندما تقل سرعته فهذا يعني بالتبعية بأن هناك دفعة أقل من الجاذبية.
تلك الدفعات والسحبات يتم قياسها عبر نبضات أشعة ميكرونية صغيرة من أحد القمرين الصناعيين إلى الآخر. ويتم تثبيت موقع كل واحد من القمرين الصناعيين عبر تقنية ال GPS. والنتيجة النهائية هي أدق قياس لاختلاف الجاذبية على الأرض حتى الآن.
لماذا ندرس الجيود ؟
بما أن الجاذبية هي أحد العناصر الأساسية في مجال الجيود، فإن العلماء يستخدمون نتائج المهمتين GRACE و GOCE لدراسة بعض التطبيقات الأساسية على الأرض.
تطبيقات الجيود تتضمن التنبؤات بحال الطقس، التنبؤ بحالات الجفاف والقحط، دقة الدراسات الإقصائية، دورة المياه على الأرض، الفقد في كتلة جليد القطبين وأي شيء له علاقة بتغيرات الكتل على الأرض.
إليك بعض التطبيقات التفصيلية لـ الجيود :
فيما يتعلّق بباطن الأرض – فالعلماء الآن أقرب من أي وقت مضى في التنبؤ بحدوث الزلازل، فنحن باستطاعتنا الحصول على نسب اختلافات الجيود، تلك التنبؤات الأولية تكون تمامًا كالحصول على إمضاء الزلزال. اختلافات مقاييس الجيود ترتبط بنسبة 98% مع الزلازل ذات قوة 9 درجات وما أعلى، وبنسبة 60% مع الزلازل ذات قوة 8.8، وبنسبة 40% مع ذات القوة 8.6، وبنسبة 33% مع ذات القوة 8.3.
فيما يتعلق بتقلبات الطقس – دورات المحيط، المد والجزر ومستويات البحار… لو أن كل الجليد قد ذاب، فإن علماء الطقس سوف يقومون بقياس التغيرات عبر ارتفاع مستوى سطح البحر والمد والجزر.
المهمة GRACE تقوم بقياس التغيرات في كتل الجليد عند القطب الشمالي، هذا سيساعدنا على فهم ما سيحدث إذا تغيرت دورة المحيطات وما سيكون لذلك من تأثير على تقلبات المناخ.
إذا قمت بالسير حول الأرض فإن وزنك سيختلف بالزيادة قليلًا أو النقصان اعتمادًا على المكان الذي أنت فيه. وذلك في الحقيقة يقدم دليلًا على كمية الكتلة المتواجدة أسفلك.
مقاييس الجيود التي نحصل عليها من مهمتي GRACE و GOEC يمكنها استشعار كمية الكتل تلك.
نحن نحب تطبيقات الاستشعار عن بعد، ولكن القائمة أطول بكثير من الاتساع لسرد تلك المهمات الفريدة والممتعة للأقمار الصناعية.
تنبؤات الزلازل، نماذج التقلبات المناخية، ودورات المياه ليست إلا بعض الأجزاء التي يساعدنا الجيود في فهمها وفهم كيفية عمل كوكبنا، كما أن قائمة تطبيقات المهمة GRACE لا تتوقف عند هذا الحد.
لكن، ماذا بالنسبة لو كنت على اليابسة؟ لنفترض أنك قمت بحفر قناة مائية بعيدًا عن المحيط داخل الأرض، فالمستوى الذي تستقر عنده مياهها هو مستوى سطح البحر.
الجيود هو المقياس الافتراضي لمستوى سطح البحر دون حفر القناة المائية، ويستخدمه مهندسو المساحة في إجراء القياسات الدقيقة لارتفاع الأسطح باعتباره النقطة صفر للمسقط الرأسي.
هل تسقط جميع الأجسام على الأرض بمعدل الجذب ذاته 9.81 متر/ثانية للأس 2 ؟ ماذا عن ثبات الجاذبية بمختلف المناطق على الأرض؟ هل هي ثابتة دائمًا عند ذات القيمة 9.81 متر/ثانية للأس (والتي تعني مترًا لكل ثانية، لكل ثانية)، أو أنها تختلف باختلاف مكان تواجدك؟
من الواضح أن الجاذبية معتمدة بشكل كلي على المكان، وبالاعتماد على النموذج الجيودي فإنها تختلف من مكان لآخر. إذًا يمكننا اعتبار الجاذبية كدلالة للكتلة. على سبيل المثال، تمتلك الجبال كتلة أكبر من الوديان؛ وبالتالي فإن الجاذبية عند الجبال الصخرية تكون أقوى نسبيًا عما هي عليه عند المناطق الأخرى من الأرض.
تتراوح قيمة الجاذبية فوق سطح الارض بين 9.7639 متر/ثانية للأس عند “بيرو” و 9.8837 متر/ثانية للأس عند القطب الشمالي.
وهذا يعني أيضًا بأن كوكبنا وعر جدًا وغير متناسق، وكما ترى بالصورة ثلاثية الأبعاد المرفقة للرؤية الجيودية فإن كوكبنا ليس أملس كامل الاستدارة كما تظن الغالبية من الناس.
جيود الأرض
* الأرض تنتفخ عند خط الاستواء بسبب قوى الدوران، ما يعني بأن الاختلاف بين مركز الأرض وسطحها يكون أقل عند القطبين مما هي عليه عند خط الاستواء.
* إن تركيب المواد المكونة لكوكب الأرض مختلف والمادة ليست متوزعة بشكل متساوٍ؛ ما يجعل فهمنا للجاذبية أكثر تعقيدًا.
زوج الأقمار الصناعية “توم آند چيري”
كيف يمكنك قياس الجيود (مستوى سطح البحر)؟ إذا أردت قياس مستوى سطح البحر فبإمكانك استخدام المد والجزر. ومع الوقت، يمكنك حساب متوسط النتائج. وبالتأكيد فإن النسبة التي ستحصل عليها هي مستوى سطح البحر.
ولكن لفعل هذا ستحتاج العديد من المدود والجزور بمختلف أرجاء الكوكب بأكمله، وهذا هو السبب الذي يجعل الأقمار الصناعية مثل الذي بمهمة ناسا (NASA GRACE mission) والتي تمثل اختصارًا لجملة “تحصيل الجاذبية واختبارات المناخ”، و (ESA’s GOCE mission) التي تمثل هي الأخرى اختصارًا لجملة “مستكشف حقل الجاذبية ودورة استقرار المحيطات” تقوم بحساب حقل جاذبية كوكبنا بدقة لم يسبق لها مثيل.
قمر صناعي
كيف تعمل تلك الأقمار الصناعية؟
مهمة GRACE هي عبارة عن زوج من الأقمار الصناعية يدوران بنفس المدار على مسافة 220 كيلومترًا تقريبًا. وعندما تزداد سرعة القمر الصناعي الرائد فهذا يعني بأن هناك دفعة جاذبة أكبر من المعتاد، وعندما تقل سرعته فهذا يعني بالتبعية بأن هناك دفعة أقل من الجاذبية.
تلك الدفعات والسحبات يتم قياسها عبر نبضات أشعة ميكرونية صغيرة من أحد القمرين الصناعيين إلى الآخر. ويتم تثبيت موقع كل واحد من القمرين الصناعيين عبر تقنية ال GPS. والنتيجة النهائية هي أدق قياس لاختلاف الجاذبية على الأرض حتى الآن.
لماذا ندرس الجيود ؟
بما أن الجاذبية هي أحد العناصر الأساسية في مجال الجيود، فإن العلماء يستخدمون نتائج المهمتين GRACE و GOCE لدراسة بعض التطبيقات الأساسية على الأرض.
تطبيقات الجيود تتضمن التنبؤات بحال الطقس، التنبؤ بحالات الجفاف والقحط، دقة الدراسات الإقصائية، دورة المياه على الأرض، الفقد في كتلة جليد القطبين وأي شيء له علاقة بتغيرات الكتل على الأرض.
إليك بعض التطبيقات التفصيلية لـ الجيود :
فيما يتعلّق بباطن الأرض – فالعلماء الآن أقرب من أي وقت مضى في التنبؤ بحدوث الزلازل، فنحن باستطاعتنا الحصول على نسب اختلافات الجيود، تلك التنبؤات الأولية تكون تمامًا كالحصول على إمضاء الزلزال. اختلافات مقاييس الجيود ترتبط بنسبة 98% مع الزلازل ذات قوة 9 درجات وما أعلى، وبنسبة 60% مع الزلازل ذات قوة 8.8، وبنسبة 40% مع ذات القوة 8.6، وبنسبة 33% مع ذات القوة 8.3.
فيما يتعلق بتقلبات الطقس – دورات المحيط، المد والجزر ومستويات البحار… لو أن كل الجليد قد ذاب، فإن علماء الطقس سوف يقومون بقياس التغيرات عبر ارتفاع مستوى سطح البحر والمد والجزر.
المهمة GRACE تقوم بقياس التغيرات في كتل الجليد عند القطب الشمالي، هذا سيساعدنا على فهم ما سيحدث إذا تغيرت دورة المحيطات وما سيكون لذلك من تأثير على تقلبات المناخ.
إذا قمت بالسير حول الأرض فإن وزنك سيختلف بالزيادة قليلًا أو النقصان اعتمادًا على المكان الذي أنت فيه. وذلك في الحقيقة يقدم دليلًا على كمية الكتلة المتواجدة أسفلك.
مقاييس الجيود التي نحصل عليها من مهمتي GRACE و GOEC يمكنها استشعار كمية الكتل تلك.
نحن نحب تطبيقات الاستشعار عن بعد، ولكن القائمة أطول بكثير من الاتساع لسرد تلك المهمات الفريدة والممتعة للأقمار الصناعية.
تنبؤات الزلازل، نماذج التقلبات المناخية، ودورات المياه ليست إلا بعض الأجزاء التي يساعدنا الجيود في فهمها وفهم كيفية عمل كوكبنا، كما أن قائمة تطبيقات المهمة GRACE لا تتوقف عند هذا الحد.