【译文】以前所未有的精度测绘地球重力

原文：http://www.astronomynow.com/090310mappingtheearthsgravity.html

Mapping the Earth’s gravity as never before
以前所未有的精度测绘地球重力

The most sophisticated Earth observation satellite will launch next week to map our planet’s gravitational field with unprecedented resolution and accuracy.
最先进的地球观测卫星将于下周发射，它将以前所未有的分辨率和精确度来测绘地球的重力场。

Gravity data is essential for monitoring ocean circulation and sea-level change, as well as processes linked to volcanic and earthquake activity. GOCE - the Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer - is the first of a series of Earth Explorer satellites to enable cutting edge research regarding the Earth’s atmosphere, biosphere, hydrosphere, cryosphere and interior.
重力数据对于监测海洋循环和海平面变化，以及与火山和地震活动相关的过程是必不可少的。GOCE——重力场和稳态海洋环流探测者——是一系列地球探测卫星中的第一颗，该系列卫星被用于地球大气层、生物圈、水圈、冰雪圈以及地球内部的尖端研究。

The one-tonne satellite carries a highly sensitive gradiometer that will allow scientists to plot tiny variations in the Earth’s gravity field in three dimensions. This will result in the most detailed high-resolution map of the geoid, the reference (so-called “ground-zero”) level of the planet, as well as highlighting gravitational anomalies. Mapping a planet in this way provides insight into its internal structure, as well as vital reference data for ocean circulation and climate studies. The mission will also have practical applications in construction, planning and surveying.
这颗1吨重的卫星携带了一个高敏感度的（重力）梯度仪，它使科学家们得以绘制地球重力场在三维空间的微小变化，从而可以绘制出大地水准面——行星的标准平面（即所谓的“零高度地面”）——最为详尽的高分辨率地图，并标记出重力场的异常。以这种方式测绘行星可以深入了解其内部结构，并为大洋环流和气候研究提供重要的参考数据。该项目也将在建设、规划和勘测方面有实际的应用。

The science requirements of the mission mean that the spacecraft has to orbit the Earth at close enough quarters to gather high-accuracy gravitational data while being able to filter out disturbances caused by the remaining traces of the atmosphere in low Earth orbit, at an altitude of just 260 kilometres. The result is the five metre long aerodynamic satellite equipped with low power ion thrusters to compensate for atmospheric drag. Unlike other satellites, it has none of the usual moving parts that could interfere with the gravity measurements. GOCE, with its sensor, system of supporting instrumentation and control elements, actually forms a single composite gravity-measuring device.
该项目在科学方面的要求意味着飞船轨道必须足够接近地球以采集高精度的重力数据，同时要能在轨道高度仅260公里的情况下，过滤掉低地轨道附近大气残留所造成的干扰。其结果是，5米长的空气动力卫星配备了低功耗的离子推进器，以补偿大气阻力。和别的卫星不同，它没有可能干扰重力测量的常规活动部件。GOCE及其传感器、仪表支持系统和控制元件，实际上构成了一个单一的综合重力测量装置。

GOCE is scheduled to launch on 16 March from the Plesetsk Cosmodrome in Northern Russia. Later in the year, two other Earth Explorer missions will launch to study soil moisture and ocean salinity, and ice sheet thickness, respectively. Additional Earth Explorer missions are also being designed to address other aspects of the Earth environment, from the evolution of the magnetic field to the Earth’s radiative balance.
GOCE定于3月16日，在俄罗斯北部的普列谢茨克发射场升空。今年晚些时候，另外两个地球探测项目也将启动，它们分别研究土壤湿度和海水盐度，以及冰盖厚度。更多的地球探测项目正在设计中，涉及从磁场演化到地球辐射平衡等地球环境的其它方面。

A live televised transmission of the launch of GOCE will be streamed online at http://www.esa.int/goce.
GOCE的发射过程将会在网上作现场电视直播，网址是：http://www.esa.int/goce。

转一下wiki中和大地水准面有关的概念：

1. 大地水准面
大地水准面是一个假想的由地球自由静止的海水平面扩展延伸而形成的闭合曲面。通常是被认为是地球真实轮廓。它所包围的形体成为大地体。因为大地体的形状和大小非常接近自然地球的形状和大小，并且位置比较稳定，因此，在大范围的区域内，一般选取大地水准面作为外业测量成果的共同基准面。大地水准面这一概念最早在1873年由德国数学家利斯廷（Johann Benedict Listing）提出。

2. 海平面
海平面是海的平均高度。它是通过与标准平面的高度比较来确定的，然而由于牵涉到一些复杂且困难的测量，使得精确确定海平面成为一个困难的工作。

在测量一个离地面比较远的地方的海平面时专家使用一个称为大地水准面的“水平”的参考表面，测量的是海平面与这个大地水准面之间的高度差。假如没有外力的作用海平面应该与大地水准面一致，它相当于与地球万有引力的一个等势面。事实上由于海流、气压变化、温度和盐度的变化等等会导致海平面与大地水准面不等。即使长时间的平均值两者也不相同。这个长期的、地区性的差异被称为海面地形，其数值可以达±2米。

传统上在测量海平面时要考虑到228个月的默冬章和223个月的食周对潮汐的影响。海平面在地球表面不是到处都一样的，比如巴拿马运河的太平洋侧的海平面比大西洋侧的海平面高20厘米。

尽管有这些困难，使用仪表飞行规则飞行的飞行员必须有精确的和可靠的飞行高度以及机场高度的数据。尤其在引力反常的地区在航空母舰上降落这个问题会非常严重。为了克服计算上的困难飞行员使用广域差分系统所定义的参考椭球，而不使用大地水准面来定义海平面高度。而且全球定位系统也适用这个参考椭球。

陆地与海平面之间的变化可以有多种原因，海面升降一般是由于气候变化造成的，均衡补偿的变化是由于板块作用等导致的，而不是因为海水总量的变化导致的。冰川期末冰川的融化导致的海平面的变化是海面升降最典型的例子。通过对地质稳定的海岸地带的沉积的考察古气象学家可以测定过去的海平面的位置。火山岛的升降是非常典型的均衡补偿的海平面变化。随着火山岩的冷却这些岛屿开始下降。

在没有液体海洋的行星表面行星学家往往计算一个“平均”高度。这个平均高度有时也被称为“海平面”，它用来作为测量行星表面各个地点的高度的参考面。

看来人类探索的脚步明显加快了