أنظمة الملاحظة المستخدمة في علم “الجيوديسيا”

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الرابع

KFAS

علم الجيوديسيا علوم الأرض والجيولوجيا

تستخدم في علم الجيوديسيا خمسة أنظمة للملاحظة هي: التحكم الأفقي والتحكم الرأسي والموضع الفلكي وقياس الجاذبية وتتبع الأقمار.

1-التحكم (أو القياس) الأفقي:

يتم ذلك بقياس الأطوال الأفقية باستخدام شريط قياس أو أجهزة قياس المسافات الإلكترونية والزوايا حول المحور الرأسي بواسطة جهاز تيودوليت، وذلك في نظام مثلثي تتابعي أو باستخدام أشكال هندسية أفقية أخرى.

وتسمى هذه الطريقة بالتثليث أو ثلاثية الجوانب أو التقاطع وتستخدم للحصول على المواقع الجيوديسية  اعتماداً على موقع مفترض عند نقطة الإسناد (الأصل).

 

وتبلغ الدقة في هذا التسلسل من القياس (أي مقدار الخطأ بالنسبة للمسافة بين النقطتين) بمقدار:

حيث أن D تمثل المسافة بين النقطتين بـ الكيلو مترات فعلى سبيل المثال لو رصدنا المسافة بين نقطتين تقع إحداهما على الساحل الشرقي للولايات المتحدة الأمريكية، والأخرى على ساحلها الغربي، فمن المتوقع أن تكون نسبة الخطأ في حدود 15م.

ولقد تم تطبيق القياس الأفقي في قاع المحيط بواسطة الطرق الصوتية، وذلك لمعرفة موقع أجهزة الإرسال والاستجابة في قاع البحر بالنسبة إلى موقع مركبات على السطح وتبلغ دقة القياس بالطرق الصوتية ± 1 م.

 

2-التحكم (القياس) الرأسي:

يتم قياس الفرق في الارتفاع بين النقاط بواسطة قياس المناسيب (التسوية) وهي قراءات متسلسلة تؤخذ لهذه النقاط بواسطة تلسكوبات لقياس المناسيب بدقة.

ومن الممكن بهذه الطريقة قياس أي ارتفاع فوق سطح البحر حتى ولو بلغ هذا الارتفاع قدماً واحداً.

 

3-نظام الأوضاع الفلكية:

إن اتجاه  متجه الجاذبية وسمت  أي نقطة على اليابسة حول هذا المحور يمكن حسابها بواسطة إجراء سلسلة من الملاحظات والرصد لمجموعة من النجوم الموزعة في السماء وذلك بدقة تصل إلى ±0.2 بوصة.

وانحرافات المحور الرأسي كما تشير المعادلة رقم (15) هي ميول الجيود بالنسبة للمجسم الاهليلجي.

 

لذا ابتدئ بارتفاع جيودي اختياري ثم بواسطة إجراء التكامل لهذه الميول المذكورة يمكن إنشاء خارطة للجيود.

ومثل هذه الخرائط الفلكية الجيوديسية تم استنباطها لمعظم شبكات المساحة التثليثية، وتعطي فروقاً في ارتفاعات الجيود  بدقة تضاهي الدقة المذكورة في القياس (التحكم) الأفقي.

 

4- قياس الجاذبية:

يمكن قياس الجاذبية المطلقة معملياً في نطاق 0.005 سم/ ث² وذلك بحساب الزمن اللازم لسقوط جسم في الفراغ ويرتبط بحسابات الجاذبية المطلقة مجموعة أخرى من القياسات النسبية باستخدام البندول ومقياس الجاذبية (جرافيتميتر).

وتبلغ دقة القياس المرجعية لنقطة على الأرض في حدود ± 0.001 سم/ ث² وعلى سطح البحر 0.005 سم/ ث².

 

5-تتبع الأقمار:

يستخدم لهذا الغرض كل من القمر والأقمار الصناعية، وتستخدم الأقمار الصناعية للأغراض الجيوديسية في طريقتين، أولاً في هيئة هندسية بحتة كمرشد راداري (أو لاسلكي) على ارتفاع شاهق يمكن ملاحظتها في نفس الوقت من نقاط متباعدة على سطح الأرض، ثانياً في هيئة ديناميكية كجسم يتأثر مداره بمجال الجاذبية الأرضي.

وتستخدم كل من نظم المراقبة والتتبع الراديوية والضوئية، وأهم الطرق الراديوية هي طرق دبلور (Doppler)

وقبل سنة 1970 كانت أهم الطرق الضوئية هي استخدام كاميرت فوتوغرافية تصور القمر الاصطناعي في خلفية النجوم السماوية، ومنذ ذلك الحين تم استخدام طرق الليزر حيث أنها تعطي نتائج أدق بكثير.

 

إن أهم الأنظمة وأكثرها انتشاراً في التطبيق الهندسي للأقمار الصناعية هو استخدام كاميرات لملاحظة أقمار بالونية على ارتفاع 3500 كم، وذلك لإنشاء شبكة عالمية لنقاط التحكم على مسافات متساوية.

وقد تم استخدام أقمار على مستويات أقل ذات إضاءة وماضة، وذلك لربط نقاط مراقبة المحطات بمسافات أقرب وذلك باستخدام الملاحظة بواسطة الكاميرات وموجات الراديو الليزر.

 

أما استخدام الأقمار الديناميكي فهو يعتمد على أن المدارات تختلف عن إهليلج كبلر (Keplerian elhipse) الذي يمكن أن يوجد في هيئة جهد مركزي فقط (GM/r). 

إن التأثير الأساسي للفلطحة (التسوية) كما هو مشار إليه بـ J₂ في المعادلة رقم (5) يسبب الحركة الدورانية المستمرة  لنقطة الحضيض (النقطة الأقرب إلى الأرض في مدار إهليلجي حول الأرض)  للنقطة المسماة بالعقدة (نقطة تقاطع المدار مع خط الاستواء) بمعدل تقريبي 0.001 مضروب بمعدل الحركة n للقمر الصناعي.

أما التوافقات المنطقية ذات الدرجات الزوجية(Even degree zonal harmonics) J₄, J₆ فلا يوجد لها تأثير يذكر على هذه الحركات الثابتة والتوافقات الكروية الأخرى  ذات الجهد (المعادلة 14) تسبب تشويشاً دورياً بمعدلات مرتبطة بمعدل المدارات الثلاثة ومعدل دوران الأرض.

 

وبالخصوص فإن أي تشويش توافقي تكعيبي(tesseral harmonic perturbation)  سوف يحوي المعدل m  وهو اهتزاز (أو تذبذب) ناتج عن دوران الأرض. 

ولتعيين معاملات التوافق لجهد الجاذبية من المدارات يتطلب أولاً شبكة واسعة من محطات التتابع الدقيقة (12 أو أكثر) بحيث تكون موزعة بانتظام حول الأرض.

وثانياً مدارات أقمار ذات منسوب منخفض بحيث تتأثر بالتشويش لدرجة ملحوظة، ولكنها في نفس الوقت على علو كافٍ كي تتجنب الانزياح.

 

ومن الممكن ملاحظتها باستمرار– وكذلك يوجد لها ميول مختلفة (الزوايا بين المدار والمستويات الاستوائية) بقدر الإمكان، هذه الميول المختلفة ضرورية لفصل تأثيرات التوافقات المختلفة والتي لتشويشاتها نفس الدورية (توالي الدورات).

إن المعلومات التي تم جمعها الآن كافية لتحديد العاملين  إلى قيم، وذلك بدرجات مختلفة من الدقة اعتماداً ليس فقط على درجة  بل كذلك على عدد الحدود (terms) في نفس الدوريات (Periodicities)، وكذلك على درجة اقتراب المدار من الرنين بالنسبة لدوران الأرض.

إن التطبيق الجيوديسي للقمر هو لتحديد مواقع المحطات وتذبذب دوران الأرض بواسطة التخطيط المساحي الليزري، والعاكسات الرجعية التي تم وضعها على سطح القمر من خلال مشروع أبولو المعروف، إن مدار القمر معروف بدقة كافية الآن بحيث أن تزامن الملاحظات ليس من الضروري.

 

يوجد كذلك قياس آخر ثانوي لكنه يساعد في عمليات المسح الجيوديسي، وهو معدل تقدم محور دوران الأرض بالنسبة إلى نجوم ثابتة (وهذا ناتج عن عزم اللي أو عزم الدوران الذي يقع على الأرض خاصة عند الانتفاخ الاستوائي من الشمس والقمر).

وهو يستخدم لتعيين الهيئة الإهليليجية الديناميكية (Dynamical ellipticity) وهي يعبر عنها بـ [(C-A)/C].

 

وهناك كذلك تقنيات فضائية مثل:

1- تداخل موجات الراديو للخط القاعدي الطويل جداً جداً (VLBI)، وتستخدم هنا الاختلافات في إشارات الراديو من مصادر نجمية لمعرفة الفروق في المواقع.

2- قياس الارتفاعات الراداري وهو يقوم بتحسس التموج الأرضي (Geoidal undulation) مباشرة بواسطة قياسات الرادار من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض.

3- تتابع دبلر من قمر صناعي إلى آخر Doppler tracking وهذه الطريقة تغطي مناطق أكثر من تلك التي تستخدم تتابع الأقمار من الأرض.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]