重力—古老又崭新的科学

摘要

牛顿、爱因斯坦的理论开创了人类对于万有引力("重力")的理解.在新时代里,监测重力—尤其是重力的时变—已成为人类探索地球上全球变迁的利器.20世纪后期,太空测地学(space geodesy)的卫星激光测距的工作及所取得的数据,已逐渐透露了地球重力场最低阶项的微小时变,尤其是地球椭率的所谓J2项呈现出季节性和长期变化,以及至今原因不明的年际变化.2002年美国NASA和德国DRL合作发射了GRACE(Gravity Recovery AndClimate Experiment)卫星,目的在侦测地球重力场的时变,希望在数百公里的空间解析率及以月为单位的时间尺度下,得到相当于μgal的重力变化数据. GRACE是两颗同轨道人造卫星，配有以无线电相互精密定踪的功能，和加速仪以去除非重力效应。重力的变化很忠实地反映了地球物质质量的迁移。十年多以来取得了丰硕甚至超越预期的成果。举凡陆地水文气候，冰川、冰原的消长，旱、涝现象，人为地下水抽取，到海洋的大规模环流和海平面变化，以至固体地球内的冰川后反弹现象，甚至伴同大地震的断层错位，都被GRACE所“捕获“，提供了珍贵且独特的跨领域的量化数据，如今已是地球科学界研究全球变迁不可少的工具了。rn 展望未来，GRACE已超龄使用，而后续计划已在积极准备中，预期有更佳的精确度以及时、空解析率。未来的重力科研工作将再上层楼。