重力测量是怎么回事?

接下来就是验证环节了,利用游戏中提供的星球数据来看测量结果是否与计算结果相符。

已知星球半径、质量,计算可得密度为5129kg/m^3 (和地球非常接近)
代入重力加速度公式可得

结论:ED中的星球重力模拟是符合现实的,即便是掉入地心依然遵循。FD应该是以地心为基准点,通过星球本身给定的质量(FD谈到过stellarforge的工作方式是利用空间内可用的质量来生成星球)以及星球类型来确定星球大小,进而可计算该与该星球地心任意位置的重力加速度大小。

2020珠峰高程测量登山队正向顶峰进发。5月24日,2020珠峰高程测量登山队第三次向顶峰发起突击,25日晚抵达7790米营地。据悉,目前队员们身体状况良好,但7790米营地风比较大,队员们在大风中艰难地搭起了帐篷。如果天气等情况顺利,队伍计划于5月27日攻顶,完成顶峰测量任务。

4月30日,2020珠峰高程测量正式启动。这是继2005年公布8844.43米的珠峰峰顶岩石面海拔高程后,我国时隔15年再测世界最高峰。为何要重新测量珠峰高度?珠峰“身高”是怎么测出来的?此次测量用上了哪些新科技?……新京报记者就珠峰测量的七个焦点问题专访2020珠峰高程测量技术协调组专家成员,讲述测量“世界第三极”的那些事儿。

为什么要重新测量珠峰高度?

珠峰高度并非一成不变,三种情况下需要重新测量

此次珠峰高程测量前,我国测绘工作者已对珠峰进行过6次大规模的测绘和科考。1975年,我国首次将测量觇标矗立于珠峰之巅,并精确测得珠峰海拔高程为8848.13米。2005年珠峰测量,获得珠穆朗玛峰峰顶岩石面海拔高程8844.43米。

但珠峰的高度并不是一成不变的。

“大约从3800万年前开始,由于印度次大陆与亚洲大陆的碰撞,喜马拉雅山从一片汪洋大海中逐渐升起。喜马拉雅山达到现在的高度,还是最近400万年以来快速上升的结果,珠穆朗玛峰就是在这一上升过程中上升最快的山峰。”中国测绘科学研究院研究员、2020珠峰高程测量技术协调组组长党亚民介绍说,由于欧亚板块与印度洋板块的碰撞,到现在为止,珠穆朗玛峰整体趋势还是在持续上升。

“但遇到大的地震,珠穆朗玛峰也会突然下降,例如1934年尼泊尔一次大地震,珠峰高度一下子降低了60多厘米。”据党亚民介绍,一般在三种情况下,就需要对珠峰高程重新测量。第一种情况是,当珠峰高度缓慢变化积累到一定程度;第二种情况是,离珠峰较近的地方发生大地震,认为地震对珠峰高度影响明显;第三种情况是,珠峰高程测量技术有了一个大的飞跃,新技术可以明显提升珠峰测量精度。

珠峰“身高”是怎么测出来的?

综合运用卫星定位测量、精密水准测量等多种方式

珠峰高程测量可以分为“三部曲”,即高精度的海拔高程起算面的确定、峰顶“会战”测量和珠峰最终海拔高确定。

海拔高程起算面如何测定?党亚民告诉记者,中国海拔高程的起算面是黄海平均海平面,测绘人员用水准测量方法,从青岛一步一步传递到珠峰地区。在珠峰地区,测绘人员要进行大量的前期和外围测量工作,包括在珠峰地区的卫星定位测量、精密水准测量、地面重力测量、航空重力测量等,精确地将这个零海拔高的“基准面”延伸到珠峰下面。

真正的珠峰峰顶“会战”分为三步。“首先,我们要通过高精度卫星定位方法,测量出珠峰雪顶的位置;在海拔6000米左右,利用交会和三角高程测量方法,测量队员们登顶后插在峰顶的觇标,确定珠峰高度;最后,通过雷达雪深测量,测量峰顶一定范围内雪面到岩石面的距离,也就是峰顶冰雪层厚度。”党亚民介绍,之后还要通过严密计算,将峰顶的卫星定位测量成果、交会和三角高程测量成果归算到海拔高,包括雪面高和岩面高。

一般俗称的“珠峰高程”,就是通过雪深雷达观测获得峰顶冰雪层厚度,并将其从珠峰峰顶雪面海拔高中扣除,获得的珠峰峰顶岩石面海拔高。

此次珠峰测量的难点是什么?

地形复杂、天气变化莫测,世界首次在珠峰地区开展航空重力测量

中国测绘科学研究院副研究员、2020珠峰高程测量技术协调组专家成员蒋涛博士表示,珠峰测量的技术难度和实施难度都极大。

蒋涛介绍,此次珠峰高程测量,首次启动了航空重力测量,这也是世界上首次在珠峰地区开展航空重力测量。 “珠峰本身地形复杂,数据资料不全,飞机在高海拔地区起飞,风又特别大,可以说是高风险、高难度的飞行。我们在反复咨询空军、民航和气象等部门高级别专家后,才下定决心在珠峰地区开展高风险、高难度的航空测量。”蒋涛说,目前航空测量任务实施顺利,已接近尾声,“我们悬着的心终于能稍事安定。”

此外,由于珠峰天气变化莫测,登顶珠峰开展峰顶测量的难度也很大。

2020珠峰测量路线包括六个营地,直线距离约19公里,高差约3600米。测量队员们从海拔5200米的珠峰大本营出发,途经绒布冰川和东绒布冰川抵达海拔5800米的中间营地宿营,再前往海拔6500米的前进营地,此处氧气非常稀少,高原反应强烈。

队员们休整完毕后,需途经海拔6600至7000米的北坳大冰壁,途经海拔7028米的一号营地、海拔7500米的大风口、海拔7790米的二号营地,到达海拔8300米的三号营地,最后的冲击需经过海拔8680至8700米的第二阶梯。

5月6日,2020珠峰高程测量登山队第一次向珠峰峰顶进发,发现攀登路线上雪比较深,有流雪的危险,队员撤回前进营地。登顶时间比原定日期延后。5月16日,测量登山队再次冲顶,因天气原因,海拔7790米以上区域仍然雪深过米,为保障队员安全,再次撤回6500米前进营地休整待命。5月24日,测量登山队第三次向峰顶发起突击。

“珠峰测量登山队员要忍受长时间处于高海拔地区带来的高原反应,对身体素质也是一种考验。队员们两次冲顶,两次撤回,但峰顶测量工作时间紧、任务多,获取精确的峰顶测量数据不容易,不能有失误。”蒋涛说。

珠峰测量用上了哪些新科技?

北斗卫星导航系统、航空重力测量、实景三维技术齐上阵

此次测量将综合运用GNSS卫星测量、精密水准测量、光电测距、雪深雷达测量、重力测量、天文测量、卫星遥感、似大地水准面精化等多种传统和现代测绘技术,精确测定珠峰高程。

在技术创新和突破上,本次珠峰高程测量将依托北斗卫星导航系统,开展测量工作;应用航空重力技术,提升测量精度;利用实景三维技术,直观展示珠峰自然资源状况。

蒋涛向记者解释,一般的重力测量采用的是地面重力测量的方法,测绘人员携带重力仪进行实地测量,将仪器放置在某个测量点位上,测量一段时间就能得到这个点位的重力数据。但珠峰地区平均海拔在5000米以上,地形地貌极其复杂,绝大部分地方人员无法到达,存在大量的重力数据空白区,这就严重制约了海拔高程起算面的精准度。

为了填补珠峰地区地面重力资料的空白,此次测量应用了航空重力测量技术。

“我们把先进的航空重力仪安装在飞机上,相当于在飞机上安装一个感应地球重力的传感器,它能反映地面重力的变化。飞机按照事先设计好的测线,在1万米左右的高度来回飞行,多条飞行测线形成一个密集的空中重力数据面。我们结合机载卫星动态定位、惯性导航和重力仪数据把空中重力值测出来。”

蒋涛介绍,这样,航空重力测量的结果结合地面重力测量的结果,再结合卫星资料获取的数据,进行数据处理,精准确定珠峰高程起算面,就可以精确测定珠峰高程。据估算,加入航空重力测量的数据后,起算面精准度可以提高约30%,珠峰峰顶高度的精准度自然也会相应提升。

此外,此次珠峰高程测量还首次应用了实景三维技术。“这主要是为了在登山过程中给测量登山队提供指导,也让公众能够更直观地看到珠峰地区的实景,更好地理解珠峰测量的过程和意义。”蒋涛说。

测量登山队员登顶后要做哪些工作?

竖立测量觇标,进行雪深雷达测量和重力测量

由于珠峰峰顶环境恶劣,登山测量队员在峰顶的测量时间只有50分钟左右,时间紧,但任务重。

蒋涛介绍,测量登山队员登顶后,首先需要在峰顶竖立测量觇标。“这并不是一项容易的工作,峰顶风很大,队员们需要用好几个绳索将觇标固定到地面。”觇标竖立后,6个珠峰高程测量交会点的测量人员,就会用超长距离测距仪瞄准觇标,进行观测。

同时,觇标顶端还会固定有卫星定位设备,接收卫星信号进行高精度定位。“在峰顶还要进行雪深雷达的测量,队员会携带一个地质雷达测量仪上去,在峰顶来回拖动仪器,对峰顶大约20平方米左右的范围进行扫描,获取数据。”

蒋涛说,此次峰顶测量还有一项新的突破,即在峰顶开展重力测量,采集峰顶的重力数据。

他透露,2005年珠峰测量,获得了最高7790米的地面重力值,这次如果测量成功,将创造一个新的世界纪录。

测量成功后多久公布测量结果?

测量数据处理和分析需要约2到3个月

登顶测量成功后能立刻得知珠峰测量的结果吗?答案是否定的。

“登顶测量只是完成了最重要的测量数据,但真正的结果出炉还需要经过一段时间的数据处理和反复检核计算。”蒋涛说。

他介绍,测量工作完成后,技术协调组将组织相关单位完成全部的外业测量数据的整理,包括峰顶数据的整理,外业观测成果的质量检查、数据汇总等。之后,将全部的外业测量数据提交给数据处理团队,进行数据处理和分析。

“这个过程大概要花2到3个月的时间,其中最重要的一项就是得出珠峰峰顶的三维坐标,这里面也包括高度、平面的数据。同时,我们也得到珠峰地区的似大地水准面模型,综合确定珠峰的精确海拔高程。”

蒋涛告诉记者,最后需要组织技术专家对整个过程尤其是各种关键环节进行技术把关审核,最后的成果必须经过权威院士和资深专家审定,上报主管部门,为成果发布做准备。

2005年珠峰测量于当年5月22日成功登顶,经过近5个月的数据处理、计算和审核,于10月9日向世界公布珠穆朗玛峰的新高程数据:峰顶岩石面海拔高程为8844.43米,峰顶岩石面高程测量精度±0.21米;峰顶冰雪深度3.5米。

珠峰测量成果和数据有什么用?

反映全球气候变暖趋势,为珠峰周边生态环境保护等提供第一手资料

党亚民表示,珠峰高程测量除了获取关键的峰顶测量数据,还会在珠峰地区观测大量用于海拔高程“基准传递”的测量数据,这些数据可广泛应用于青藏地区地球动力学板块运动、地震对珠峰高程的影响等领域的研究。

此外,与珠峰高程测量相关的其他数据,如精确的峰顶雪深、航空重力数据,以及气象、风速和冰川监测等数据成果,将为珠峰及其周边地区的自然资源监测和生态环境保护等提供第一手资料。

珠峰测量的结果与普通公众关系大吗?蒋涛认为,除了获取重要地理信息外,最重要的一点是,珠峰高程的变化能典型地反映出全球气候变暖的趋势,加强公众对目前全球气候和环境变化的认识与关注。

这次任务包括对珠峰及其周边地区冰川变化的监测、地壳变化的监测等。“这些数据结果,以珠峰为切入点,可以让公众了解到目前青藏高原正在发生的一些气候和环境变化,比如近十年来高原湖泊面积扩大的趋势、青藏高原冰川消融的速度等。”

通过山脚下几个定点与珠峰之间的水平距离,以及与峰顶的之间角度,运用几何原理推算得出。

据@新华视点 微博消息,2020年12月8日,中国国家主席习近平同尼泊尔总统班达里互致信函,共同宣布珠穆朗玛峰最新高程——8848.86米。

那么,地球之巅珠穆朗玛峰究竟是怎么测出来的呢?

为了测量珠峰最新的准确高度,35名中国测量登山队员本月再次向峰顶进发。今年5月27日上午11时,登山队成功从北坡登上珠峰顶峰。珠峰“身高”将迎来历史性更新。确切数据预计需要2到3个月才能得出。

这是继1975年、2005年两次公布珠峰高度之后,中国测量登山队再次开启测量行动。2005年,原国家测绘局测得珠峰峰顶岩石面海拔高程*为8844.43米。(*高程是指某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离)

实际上地壳运动、气候变暖导致冰雪层融化,以及日趋精确的测量技术,都会让珠穆朗玛峰的高度出现微妙变化。

2015年4月,尼泊尔距离珠峰200公里的地区发生8.1级大地震,是短期内最有可能改变珠峰高度的事件。有科学家预测,这次地震可能使珠峰“缩水”。1934年,尼泊尔的一场地震就使珠峰“矮”了约63厘米,当时震中离珠峰只有9.5公里。

在西方国家,珠峰被称为“埃佛勒斯峰”,这是1865年英国人用曾任英属印度测量局局长的乔治·埃佛勒斯(George Everest)的姓命名,以此来昭示英国对珠峰的“首次发现”。但这一名称并不为我国接受。

美国《纽约时报》和等媒体都报道称,埃佛勒斯的继任者华欧(Andrew Waugh)雇佣的一支印度团队是世界上首次测量出珠峰高度的队伍,由印度数学家希克达尔(Radhanath Sikdar)领衔。

他们采用的是三角大地测量法,即运用三角几何学中“勾股定理”的基本原理,通过山脚下几个定点与珠峰之间的水平距离,以及与峰顶的之间角度,推算出珠峰高度。这一测量原理一直沿用至今。

那是在1852年,珠峰还被称作第十五峰(Peak XV)。四年后,英属印度测量局正式宣布珠峰高度为8840米。

但他们最初的测量中并未解决大气折射带来的不确定因素。由于光线受大气密度影响发生偏折,产生类似海市蜃楼的效果,使物体高度与实际产生偏差,影响测量结果的精确性。最终公布的数据是经过调整的结果。

实际上,在那之前的1715年,清政府就派人专程进入西藏测绘地图。当时他们采用经纬测图法(经纬仪三角测量)和梯形投影法对珠峰的位置和高度进行了初步测量,成果体现于我国首次用现代技术对国土进行测量并绘制的地图——《皇舆全览图》中。在这幅地图上,珠峰以山形符号被标出,并定名为“朱母郎马阿林”。

随后一百多年里,又有多次为珠峰测高的尝试。意大利、法国、瑞士先后派出测算队伍,但受测量技术等因素影响,测量结果很难得到国际社会一致认可。1999年,美国国家地理学会的团队使用全球定位系统(GPS)测算出的8850米,就不为中国和尼泊尔等国家承认。

目前全世界广泛承认的8848米来自1955年印度测量局的测量结果,当时该团队把三角测量法推进到尼泊尔境内。

新中国成立之初,中央政府便提出了“精确测量珠峰高度,绘制珠峰地区地形图”的要求,先后对珠峰进行过6次大规模的测绘和科考工作。1975年中国首次将测量觇标矗立于珠峰之巅,并精确测得珠峰海拔高程为8848.13米。

虽然珠峰南坡在尼泊尔境内,但直到2019年该国才首次派出自己的测量队伍,目前尚未公布测量数据。

在传统的三角测量法的基础上,现代GPS技术、气象探测技术、登山装备技术及地学理论方法的完善,为更加精确的测量珠峰高程创造了必要的条件。

但时至今日,测量珠峰高依旧难点重重。首先是短暂的登顶天气周期:无云遮挡、无风阻挠。从北坡登顶的窗口期只有一周左右,出现在每年的5月前后。

即便采用GPS技术测量高度,前提也是有人将GPS接收器放置在峰顶。因此攀登珠峰是测量过程中最关键的一步。

其次,地理学家们对测量结果是否应加上峰顶冰雪层也有争议。冰雪层厚度会因气候变化而变化,2005年中国利用雷达测深技术首次测得冰雪层厚度为3.5米,但当时公布的珠峰高度是其“净身高”,也就是峰顶岩石面的海拔高度。

而印度洋和亚欧板块的运动也导致珠峰高度一直处于动态中。长期来看,珠峰每年都以约4毫米的速度缓慢升高。

此外,也会影响测量结果的准确性。地球是一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体,从地心到各个海面的距离不尽相同,也就是说,海平面并不是平面。因此精确珠峰高程,首先要先确定珠峰脚下的海拔零点。以往中国采用的是山东青岛黄海验潮站所确定的平均海面作为水准基面。

这也意味着,人们站在山脚下目之所及的珠峰高度实际上低于真实高度,因为视线起点并不是珠峰脚下的海拔零点。此次珠峰复测,所要测量的就是珠峰和地球之间引力方向上的高度。

如果以地心而不是海平面为测量基准的话,接近赤道的南美厄瓜多尔“圣山”钦博拉索(Chimborazo)的高度就超过了珠峰,但其海拔高度仅为6310米。

此次中国团队采用自主研发的北斗导航卫星系统,国产测绘仪器装备全面承担测量任务,并辅以GNSS卫星测量、雪深雷达测量、重力测量、卫星遥感、似大地水准面精化等多种传统和现代测量技术的应用,让珠峰的“身高”更加精准。

珠穆朗玛峰位于中国与尼泊尔边界的东段。此次珠峰高程测量正值中尼建交65周年之际,也是人类首次从北坡成功登顶珠峰60周年,因此具有重要的历史意义。

珠峰高程测量的成果可用于地球动力学板块运动等领域研究。精确的峰顶雪深、气象和风速等数据,将为冰川监测、生态环境保护等方面的研究提供第一手资料。

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