8. í nghĩa khoa học và thực ti ễn
1.3.1Quan sỏt trường từ bằng cỏc vệ tinh
Qua gần một nửa thập kỷ qua, chỳng ta đó cú gần 20 vệ tinh khỏc nhau chuyờn dụng cú gắn cỏc thiết bị đo đạc trường địa từ với danh sỏch và một số tham số chớnh được nờu trong bảng 1.2. Trong khoảng thời gian những năm 1960-1980, do hạn chế về cụng nghệ, cỏc vệ tinh COSMOS và chuỗi vệ tinh OGO chỉđo trường tổng (F) và cỏc thiết bị cú độ chớnh xỏc rất thấp. Backus [27] đó chỉ ra rằng việc chỉ sử dụng số liệu trường tổng để mụ hỡnh húa trường từ trờn toàn cầu là bài toỏn phi tuyến sẽ gõy nờn sai số lớn trong vựng vĩ độ thấp (nhỏ hơn 200) so với mụ hỡnh trường xõy dựng từ ba thành phần X, Y, Z; hiệu ứng này hiện nay thường được gọi là hiệu ứng Backus. Điều này cũng đó được Holme [60] cho thấy rừ khi sử dụng số liệu thu được trờn vệ tinh CHAMP, sự chờnh lệch giữa mụ hỡnh chỉ sử dụng F và mụ hỡnh sử dụng cả ba thành phần của trường từ với thành phần thẳng đứng (Z) cú thể lờn đến 2400nT. Do vậy, sau những năm 1980 người ta đều thiết kế phúng cỏc vệ tinh đều đo đồng thời cả ba thành phần của trường từ và trường tổng.
Cho đến nay, cỏc số liệu trường địa từ thu được trờn cỏc vệ tinh cú quỹ đạo thấp như MAGSAT, ỉrsted, CHAMP và SAC-C là những số liệu đo cú mật độ dày đặc và đồng nhất của trường địa từ với độ phõn giải khỏ tốt. Tuy nhiờn, vệ tinh
MAGSAT chỉ kộo dài khoảng sỏu thỏng, từ giữa năm 1979 đến đầu năm 1980, với nhiệm vụ đo từ trường tổng F và ba thành phần X, Y và Z của trường từ. Vệ tinh ỉrsted (phúng năm 1999) của Đan Mạch đó thực hiện cả hai phộp đo là trường tổng và ba thành phần của từ trường ở độ cao hơn 650km, nhưng do tuổi thọ vệ tinh ngắn và quỹđạo đồng độ theo Mặt Trời (vệ tinh cú quỹđạo luụn duy trỡ một điểm cốđịnh theo hướng Mặt Trời) lỳc bỡnh minh và hoàng hụn đó hạn chế nghiờn cứu về sự thay đổi của trường địa từ và cỏc dũng điện trong tầng điện ly núi chung.
Bảng 1.2: Một số vệ tinh đo đạc trường địa từ Vệ tinh Nđầăm bu/kếắt t thỳc Độ nghiờng quỹ đạo (độ) Độ cao so với bề mặt Trỏi Đất (km) Độ chớnh xỏc (nT) Ghi chỳ/ thành phần đo COSMOS-49 1964 500 261-488 22 F OGO-2 1965/1967 870 413-1510 6 F OGO-4 4967/1969 860 412-908 6 F OGO-6 1969/1971 820 397-1098 6 F
MAGSAT 1979/1980 970 350-550 F=±1/XYZ=±3 XYZ,F
DE-1 1981-1991 900 568-230 290 XYZ
DE-2 1981/1983 900 309-1012 30/100 XYZ
POGS 1990/1993 900 639-769 XYZ
UARS 1991/1994 570 560 XYZ
Orsted 1999 970 650-850 4 XYZ,F
CHAMP 2000-2010 870 310-450 F=±0.5/XYZ=±1.5 XYZ,F
SAC-C 2001-2004 970 698-705 4 F SWARM A,B,C 2013 87 0 /880 530/<450 2 XYZ,F Với cỏc ký hiệu: - F là trường từ tổng. - X,Y,Z lần lượt là cỏc thành phần bắc, đụng và thành phần thẳng đứng của trường địa từ.
đạo của nú. Phạm vi quan sỏt theo vĩ độđịa lý phụ thuộc vào gúc nghiờng của quỹ đạo, là gúc giữa mặt phẳng quỹđạo và mặt phẳng xớch đạo Trỏi Đất. Một vệ tinh cú gúc nghiờng của mặt phẳng quỹ đạo 900 sẽ đo đạc được ở tất cỏc cỏc vĩ độ địa lý, quỹđạo như vậy được gọi là quỹđạo cực. Tuy nhiờn, một vệ tinh cú quỹđạo cực sẽ cú một số nhược điểm như: cú thể phải mất thời gian dài mới cú thể quột qua được hết cỏc vựng kinh tuyến trờn phạm vi toàn cầu, hơn nữa để đưa một vệ tinh vào quỹ đạo cực là rất khú khăn và tốn nhiờn liệu nờn cho đến nay chỉ cú vệ tinh DE1, DE2, POGS là cú quỹ đạo cực, cỏc vệ tinh khỏc thường cú quỹ đạo gần cực (bảng 1.2). Cỏc vệ tinh cú quỹ đạo gần cực tạo ra lớp phủ được toàn cầu qua tất cả cỏc vựng kinh tuyến trong khoảng thời gian ngắn hơn, rất thuận lợi cho việc nghiờn cứu cỏc hiện tượng địa vật lý ở quy mụ toàn cầu. Nếu vệ tinh hoàn thành một số nguyờn lần quỹ đạo sau 24h thỡ vệ tinh sẽ trở lại vị trớ sau đỳng 24h và được gọi là vết quỹ đạo lặp lại 1 ngày. Những số liệu này dựng để nghiờn cứu cho một vựng cốđịnh thỡ rất tốt nhưng nú sẽ phủ một vựng hạn chế theo kinh tuyến. Do vậy khi thiết kế và điều khiển vệ tinh người ta phải trỏnh hiện tượng này, để vệ tinh cắt qua tất cả cỏc khu vực trờn toàn cầu và tại cỏc giờđịa phương khỏc nhau.
Để số liệu cú độ chớnh xỏc cao, điều quan trọng là phải biết chớnh xỏc thời gian đo và tọa độ điểm đo. Với thời gian thỡ hiện nay hầu hết trờn cỏc vệ tinh đều dựng đồng hồ thạch anh với độ chớnh xỏc rất cao và ớt bị ảnh hưởng bởi yếu tố bờn ngoài (nhiệt độ, ỏp suất, cỏc súng đến từ Mặt Trời…), và với sự phỏt triển nhanh chúng của mạng lưới cỏc vệ tinh GPS chuyờn phục vụ xỏc định tọa độ thỡ việc xỏc định tọa độ của từng điểm đo đạt được độ chớnh xỏc khỏ cao.
Cỏc vệ tinh khỏc nhau cú độ cao khỏc nhau. Đối với cỏc nghiờn cứu cần độ phõn giải cao và quy mụ nhỏở vỏ Trỏi Đất, độ cao bay càng thấp càng tốt vỡ khi đú vệ tinh gần nguồn hơn. Tuy nhiờn ở quỹ đạo thấp thỡ sẽ dẫn đến sự mất độ cao diễn ra nhanh hơn hay tuổi thọ của vệ tinh ngắn hơn. Nờn chọn độ cao quỹđạo ở tầng mà mật độ dũng điện trong khụng gian là thấp nhất để những ảnh hưởng của nú đến tuổi thọ vệ tinh là thấp nhất. Vỡ vậy cú rất nhiều thụng số khỏc nhau cần phải xem xột khi thiết kế quỹ đạo của một vệ tinh. Phụ thuộc vào đối tượng và mục đớch nghiờn cứu của từng vệ tinh người ta phải lựa chọn tối ưu cỏc thụng số.