Космические методы в океанологии

Активные радиофизические методы исследования Мирового океана впервые были испытаны в 1973 г. при полете ОКС «Скайлэб». Станция была выведена на круговую орбиту высотой 440 км с углом наклонения к плоскости экватора 50°. На борту ОКС «Скайлэб» было установлено два радиолокационных прибора: скаттерометр и высокоточный радиовысотомер. Объединенное для двух приборов антенное устройство позволяло осуществлять механическое сканирование луча по двум ортогональным направлениям в диапазоне ±50°. Ширина, диаграммы направленности главного лепестка антенны составляла 1,5° при рабочей частоте альтиметра 13,9 ГГц.

Относительная точность измерений профиля поверхности океана с помощью этого высотомера была около 1 м. Длительность импульсов космического радиовысотомера могла изменяться в диапазоне от 10 до 130 нс. Частота повторения импульсов в режиме измерения высоты доходила до 250 импульсов в секунду, что позволяло после статистической обработки отраженных сигналов получать до 8 замеров высоты в 1 с, т. е. пространственное разрешение данных радиовысотомера ОКС «Скайлэб» вдоль трассы полета было около 1 км. Мощность излучения энергии в импульсе радиовысотомера доходила до 2 кВт.

В ходе полета ОКС «Скайлэб» тремя сменами экипажей было проведено более 150 серий радиофизических экспериментов. Уже в этих первых испытаниях космических активных радиометодов был получен ряд важных результатов. Так, обработка данных скаттерометра показала, что с помощью этого прибора можно измерять волнение на поверхности океана с волнами высотой более 1 м, а также определять силу и направление ветра в приводном слое воздуха. Точность определения силы ветра с помощью этого прибора составила около 10 % при изменениях ветра в диапазоне от 0 до 20 м/с. Особо важно отметить, что с помощью скаттерометра ОКС «Скайлэб» несколько раз исследовалось распределение ветра и волнения в зонах тропических циклонов (ураганов), а это для океанологов и мореплавателей представляет особое значение.

Эксперименты с космическим радиовысотомером также оказались весьма успешными. Впервые в этих экспериментах была наглядно продемонстрирована принципиальная возможность спутниковой альтиметрии для решения океанологических задач. Так, по данным альтиметра «Скайлэба», была уточнена форма поверхности геоида в районах некоторых гравитационных аномалий и выяснились многие интересные данные, ранее неизвестные науке. Например, наглядно было продемонстрировано, что над районами глубоководных впадин и желобов поверхность Мирового океана слегка прогибается, как бы повторяя форму океанского ложа. Над подводными возвышенностями и подводными горами, поднимающимися над дном океана на несколько километров («гайотами»), наблюдается обратная картина − над поверхностью океана в этом случае как бы вырастает своеобразный купол.

В частности, по этим данным уточнена форма поверхности океана в районе известного Бермудского треугольника. В этом районе находится так называемая Пуэрториканская впадина, и, как показали измерения, проводившиеся с борта ОКС «Скайлэб», связанная с ней гравитационная аномалия проявляется в понижении среднего уровня океана над впадиной. На рис. 8 в верхней части показана трасса полета ОКС «Скайлэб» от берегов Южной Каролины в США до острова Пуэрто-Рико в Центральной Атлантике. В нижней части рисунка представлены результаты измерений профиля океанской поверхности с помощью альтиметра и данные обычных промеров глубин.

Верхняя кривая представляет собой разность между уровнем земного эллипсоида и высотой, измеренной с помощью альтиметра. На этой кривой хорошо заметна. понижение профиля поверхности океана над так называемым обрывом Блейка, небольшой подъем над районом подводной равнины и 15-метровая депрессия (впадина) на поверхности океана с поперечником около 100 км над Пуэрториканской впадиной. Интересно, что по данным альтиметра хорошо видна разница уклонов у северной и южной сторон впадины.

Рис. 8. Трасса полета ОКС «Скайлэб» на одном из витков (а); топография поверхности океана по данным альтиметра (верхняя кривая) и данные гидрографических промеров глубины в этом районе океана (нижняя кривая). По вертикали (б) − отклонение поверхности океана в метрах и глубина океана в километрах, по горизонтали − полетное время

Естественно, все эти впадины и купола на океанской поверхности по своей величине сравнительно малы и не превышают 10 − 20 м. А поскольку горизонтальные размеры этих «неровностей» океанской поверхности составляют десятки и сотни километров, то они совершенно незаметны при измерениях с борта НИС и не могут быть выявлены никакими традиционными методами.