تم تطويرها أصلاً لتحديد الطائرات المهاجمة خلال الحرب العالمية الثانية ، يمكن لتقنية الرادار المتقدمة اليوم اكتشاف هدف متحرك مختلف تمامًا: تحولات قشرة الأرض التي تحدث ببطء نمو أظافرك.
يتم استخدام بيانات الرادار من الأقمار الصناعية مثل إنفيسات التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية لإنشاء "تداخلات" تظهر حركات اليابسة على نطاق ملليمتر. تزود هذه الصور ذات ألوان قوس قزح العلماء برؤى جديدة حول الحركة التكتونية ، وقدرة محسنة على حساب المخاطر الناشئة عندما تسرع هذه الحركة البطيئة ، في شكل زلازل أو نشاط بركاني.
تشتمل الحمولة العشرة على Envisat على جهاز رادار ذي فتحة تركيبية متقدمة (ASAR) مصمم للحصول على صور الرادار لسطح الأرض. جزء من "مهمة الخلفية" التي حددتها Envisat لأنها تدور حول العالم كل 100 دقيقة هو إعطاء الأولوية لعمليات الاستحواذ ASAR على الأحزمة الزلزالية التي تغطي 15 ٪ من سطح الأرض.
قال البروفيسور باري بارسونز من مركز مراقبة ونمذجة الزلازل والتكتونيات في جامعة أكسفورد: "بحلول الوقت الذي تكمل فيه إنفيسات مهمتها الاسمية لمدة خمس سنوات ، يجب أن يكون لدينا كمية مرضية من الصور عبر جميع الأحزمة الزلزالية".
"لاكتشاف التشوه الناعم للأرض الذي نهتم به ، نحتاج إلى صور رادارية متكررة لكل موقع. ثم نقوم بعد ذلك بدمج أزواج من الصور معًا باستخدام تقنية تسمى قياس التداخل SAR ، أو اختصارًا InSAR ، لإظهار أي تغيير بين عمليات الاستحواذ. " (لمزيد من المعلومات انظر الرابط: كيف يعمل قياس التداخل؟)
لقياس التراكم البطيء للسلالة بدقة مع تحرك الصفائح التكتونية ضد بعضها البعض على طول أحزمة الزلازل الأرضية ، يتم دمج تداخلات متعددة ، مما يتطلب العديد من صور SAR الفردية.
وأضاف بارسونز "السبب في ذلك هو تقليل أي تداخل في الغلاف الجوي ، مقارنة بإشارة تشوه القشرة الصغيرة التي نهتم بها". "باستخدام البيانات من سلف إنفيسات ERS ، قامت مجموعتنا مؤخرًا بقياس الحركة التكتونية عبر غرب التبت بدقة تبلغ بضعة ملليمترات في السنة. تظهر النتائج أن معدلات الانزلاق عبر الأعطال الرئيسية في المنطقة أصغر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا وأن هضبة التبت تتشوه مثل السوائل. "
يمكن أيضًا استخدام InSAR لتحليل الحركة الأرضية المفاجئة: استخدم الباحثون مؤخرًا بيانات Envisat لرسم تشوه الأرض المرتبط ببركان Piton de la Fournaise النشط للغاية في جزيرة R؟ Union Island في المحيط الهندي ، وتحديد الخطأ الذي تسبب في زلزال بام إيران في ديسمبر 2003.
العثور على خطأ بعد كارثة بام
لقي أكثر من 26000 شخص مصرعهم في 26 ديسمبر 2003 ، عندما دمر زلزال بقوة 6.3 درجة على مقياس ريختر مدينة الواحة الإيرانية بام. قلعتها القديمة؟ عين موقع التراث العالمي؟ انهار في الأنقاض. تم تفعيل ميثاق الفضاء والكوارث الكبرى بحيث حصلت المركبات الفضائية بما في ذلك Envisat على صور لدعم جهود الإغاثة الدولية.
بعد مهمة إنفيسات الخلفية ، تم الحصول على صورة ما قبل الزلزال لمنطقة بام المجاورة في 3 ديسمبر 2003 ، وتم دمجها مع صورة ما بعد الزلزال المكتسبة في 7 يناير 2004؟ أقرب تاريخ لإعادة الاستحواذ ممكن بسبب تغطية إنفيسات العالمية لمدة 35 يومًا؟ لأداء INSAR.
قال بارسونز ، وهو جزء من فريق دولي يدرس زلزال بام ، بما في ذلك مشاركين من هيئة المسح الجيولوجي لإيران ومختبر الدفع النفاث الأمريكي: "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام بيانات إنفيسات لإنتاج تداخل في أعقاب زلزال كبير".
كانت النتائج مفاجئة ، حيث أثبتت أنه بينما تقع بام في حزام زلزالي ، فقد جاء هذا الزلزال بالذات من نقطة لم يتوقعها أحد. تشبه إيران ملء شطيرة جيولوجية مع تقدم الصفيحة العربية في أوراسيا ، وتحدث العديد من الأخطاء الزلزالية داخل أراضيها. والأهم من ذلك ، أن خطأ جوك الواقع غرب بام قد وقع عليه العديد من الزلازل الكبيرة خلال العقدين الماضيين.
ومع ذلك ، أظهر تداخلات إنفيسات أن زلزال بام نتج عن تمزق خطأ لم يتم اكتشافه سابقًا يمتد تحت الجزء الجنوبي من المدينة ، وقد أخطأ وجوده المسوحات الأرضية. ظهر الخطأ كحزمة متميزة من الانقطاع في التداخل ، حيث تتراوح الحركة على جانبيها من حوالي خمسة إلى 30 سم.
بالإضافة إلى تسليط الضوء على مثل هذه التغييرات السطحية ، يمكن استخدام نتائج InSAR للنظير غير المباشر تحت الأرض ، مع نماذج برمجية لحساب الأحداث الجيولوجية التي تناسب الأحداث السطحية. مع بام ، وجدوا زلة تتجاوز مترين حدثت على عمق متوسط يبلغ 5.5 كيلومتر ، على طول نوع متميز من الخطأ.
العودة مرة أخرى
كلما كان من الممكن التحكم في موقع المركبة الفضائية بشكل أكثر دقة ، كلما كان خط الصورة الأساسي لـ InSAR أصغر - المسافة المكانية بين مقتنيات الصور الأولية والمتابعة - وكانت جودة التداخل النهائي أفضل. أثناء إعادة زيارة Bam إنفيسات الأولية ، كان خط الأساس كبيرًا بما يكفي بحيث كانت هناك حاجة لبيانات الارتفاع الرقمية ERS لطرح التأثيرات الطبوغرافية الناجمة عن زاوية العرض المتحولة.
ومع ذلك ، فقد كان توجيه المركبة الفضائية دقيقًا جدًا في زيارتها اللاحقة ، بعد 35 يومًا ، بحيث لم يكن هناك حاجة إلى تعويض طبوغرافي ، مما يمثل إنجازًا تشغيليًا كبيرًا لشركة Envisat.
وصرح مدير إنفيسات للمركبات الفضائية أندرياس رودولف قائلاً: "قام فريق ديناميكيات الطيران لدينا بحساب دقة 93 سم باستخدام نتائج تحديد المدار الدقيقة من DORIS (مدارات دوبلر وتحديد المواقع بالأشعة المدمجة بواسطة الأقمار الصناعية) وملاحظات المدى بالليزر".
"كانت المناورات المدارية الخاصة مطلوبة لتحقيق هذه الدقة ، إلى جانب العمل الشاق من فرق في المركز الأوروبي للعمليات الفضائية (ESOC) هنا في ألمانيا والمعهد الأوروبي لأبحاث الفضاء (ESRIN) في إيطاليا؟ ناهيك عن القليل من الحظ! "
مسح بركان نشط
يستخدم قياس التداخل بالرادار لدراسة الزلازل وكذلك البراكين - تقوم شركة إنفيسات بجمع البيانات حول أحد الأمثلة الحيوية للغاية عن الأخيرة.
يقف بركان Piton de la Fournaise على ارتفاع 2631 مترًا فوق المحيط الهندي ، ولا يقع على طول أحزمة الزلازل أو "حلقة النار" المرتبطة بها ولكن؟ مثل هاواي على الجانب الآخر من الكوكب؟ يقع فوق "الصهارة" الموجودة في عباءة الأرض.
يدير معهد الفيزياء في باريس (IPGP) مرصد بركان في الموقع لرصد الانفجارات والأنشطة المرتبطة بها.
"لقد ظللنا نشاهد هذا البركان البازلتي منذ 25 عامًا؟ وعلق بيير بريول من IPGP بأنه أحد أكثر البراكين نشاطًا في العالم. “في السنوات الست الماضية ، كان هناك 13 انفجارًا ، بمتوسط مدته شهر واحد. بين عامي 1992 و 1998 كان وقتًا هادئًا ، بينما حدثت ثماني انفجارات بين عامي 1984 و 1992. "
العمليات الجوفية العميقة تدفع النشاط البركاني السطحي؟ تحدث شقوق وانفجارات الحمم البركانية بسبب قنوات الحمم أو "السدود" التي تمتد من غرف الصهارة عالية الضغط. يوفر تشوه الأرض إما لأعلى أو لأسفل بالقرب من بركان رؤى حول ما يحدث تحت الأرض ، ولكن حتى وقت قريب كانت كمية نقاط الأرض التي يمكن قياسها محدودة للغاية.
وتذكر بريول: "بالعودة إلى زمن الأجهزة الجيوديسية الأرضية ، استغرق الأمر عدة أسابيع لقياس إحداثيات ربما 20 نقطة ، بدقة تبلغ حوالي سنتيمتر واحد". ثم جاء في أوائل التسعينيات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، يمكننا زيادة عدد النقاط التي تم قياسها عشرة أضعاف خلال حملة لمدة أسبوع ، وصولاً إلى دقة نصف سنتيمتر. لكن تشوه الأرض الناجم عن ثوران البركان عادة ما يكون موضعيًا للغاية في الفضاء ، وتنتشر هذه النقاط الـ 200 عبر منطقة البركان ".
استغرق الأمر تقنية فضائية أخرى لتحسين نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): تداخلات Piton de la Fournaise ، استنادًا إلى أكثر من 60 صورة Envisat تم الحصول عليها خلال العام الماضي. IPGP هو جزء من فريق يستخدم البيانات التي تشمل أيضًا مشاركين من Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) وجامعات R؟ union.
"نحن محظوظون مع Piton de la Fournaise ، لأن موقعه البعيد في وسط المحيط يعني أنه لا توجد اشتباكات مع أهداف Envisat المحتملة الأخرى ، وبالتالي نحصل على عمليات استحواذ أكثر من معظم المستخدمين الآخرين لصور ASAR" ، أضاف بريول . "لقد أثبتت InSAR من Envisat أنها أداة قوية للغاية بالنسبة لنا ، لأنها توفر كثافة عالية جدًا من المعلومات عبر البركان بأكمله.
"مع حدوث الانفجارات الجديدة في كثير من الأحيان ، لم تتمكن حملاتنا الأرضية من مواكبة ذلك ، لكن قياس التداخل يعطينا بيانات عن كل انفجار. وبينما البركان من الصعب للغاية العمل فيه؟ في كثير من الأحيان مع ضعف الرؤية من الطقس والجناح الشرقي شديد الانحدار؟ يمكن الوصول إلى جميع أجزاء البركان وصولاً إلى خط الغطاء النباتي باستخدام InSAR ".
تكشف INSAR عن نمط من التضخم الأرضي في الأشهر التي سبقت ثوران جديد ، حيث يزداد الضغط في غرفة الصهارة. بعد الانفجار ، يخف الضغط ويحدث الانكماش.
كما تم الكشف عن التشوهات الموضعية التي تحدث عندما تنتشر سدود الصهارة وتصل إلى السطح. مدى التشوه المرتبط بالشق الجديد يشير إلى العمق الذي ينشأ فيه؟ كلما كان التضخم أوسع ، كلما كان السد أعمق.
تم إنشاء الرصد البركاني لـ InSAR لأول مرة باستخدام بيانات ERS ، مما أدى إلى إنتاج تداخلات تظهر جبل إيتنا عالي النشاط في إيطاليا والذي يبدو أنه يتنفس بين الانفجارات. وقد أظهرت مسوحات التداخل بين البراكين المنقرضة على طول الأجزاء البعيدة من جبال الأنديز حركة أرضية تشير إلى أن بعضها لا يزال نشطًا في الواقع.
"هناك الكثير من خطوط الاستفسار المثيرة للاهتمام باستخدام هذه التقنية ، بما في ذلك مسألة ما إذا كان من الممكن التنبؤ بوقت اندلاع البركان ، و- مع حدوث الزلازل التي تحدث غالبًا بالقرب من البراكين - مسألة ما إذا كان النشاط الزلزالي والثورات البركانية وأضاف بريول مرتبط.
"في الوقت الحالي ، يهتم فريقنا بتوصيف Piton de la Fournaise بأكبر قدر ممكن من الدقة ، إلى التقنيات المثالية التي يمكننا تطبيقها لاحقًا على البراكين في مكان آخر ، وإذا أمكن ، زيادة عدد عمليات الاستحواذ لإثبات أن مراقبة InSAR للبراكين لها إمكانات تشغيلية وتوفير الإنذار المبكر لسلطات الحماية المدنية ".
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة الفضاء الأوروبية
