Gravity gradiometry
ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમેટ્રી એ ગુરુત્વાકર્ષણીય પ્રવેગના અવકાશી ઢાળના માપન દ્વારા પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રમાં વિવિધતાઓ (વિસંગતતાઓ) નો અભ્યાસ છે. ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ ટેન્સર એ 3x3 ટેન્સર છે જે પ્રવેગક વેક્ટર () ના ત્રણ ઘટકોમાંથી દરેકના, દરેક સંકલન અક્ષ સાથે, કુલ 9 સ્કેલર જથ્થાના આંશિક વ્યુત્પન્નોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છેઃ તે s-2 (અથવા mm-1s-2) ના એકમોમાં, વર્ગ પારસ્પરિક સમયનું પરિમાણ ધરાવે છે. ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમેટ્રીનો ઉપયોગ તેલ અને ખનિજ પ્રોસ્પેક્ટર્સ દ્વારા ભૂગર્ભની ઘનતાને માપવા માટે થાય છે, જે અંતર્ગત ખડકના ગુણધર્મોને કારણે ગુરુત્વાકર્ષણીય પ્રવેગના પરિવર્તનના દરને અસરકારક રીતે માપે છે. આ માહિતી પરથી ઉપ-સપાટીની વિસંગતતાઓનું ચિત્ર બનાવવું શક્ય છે જેનો ઉપયોગ પછી તેલ, ગેસ અને ખનિજ થાપણોને વધુ સચોટ રીતે લક્ષ્ય બનાવવા માટે કરી શકાય છે. તેનો ઉપયોગ પાણીના સ્તંભની ઘનતાની છબી બનાવવા માટે પણ થાય છે, જ્યારે ડૂબી ગયેલી વસ્તુઓને શોધી કાઢે છે, અથવા પાણીની ઊંડાઈ (બાથિમેટ્રી) નક્કી કરે છે. ભૌતિક વૈજ્ઞાનિકો પૃથ્વીનું ચોક્કસ કદ અને આકાર નક્કી કરવા માટે ગ્રેવીમીટરનો ઉપયોગ કરે છે અને તેઓ જડતા નેવિગેશન પ્રણાલીઓ પર લાગુ ગુરુત્વાકર્ષણ વળતરમાં ફાળો આપે છે. ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ માપન એ પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણ આકર્ષણ, તેના કેન્દ્રગામી બળ, સૂર્ય, ચંદ્ર અને ગ્રહોને કારણે ભરતીના પ્રવેગ અને અન્ય લાગુ બળોનું પ્રતિબિંબ છે. ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર્સ ગુરુત્વાકર્ષણ વેક્ટરના અવકાશી વ્યુત્પન્નને માપે છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતો અને સાહજિક ઘટક ઊભી ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ, Gzz છે, જે ઊંચાઈ (z) સાથે ઊભી ગુરુત્વાકર્ષણ (gz) ના પરિવર્તનના દરને રજૂ કરે છે. નાના ઊભી અંતર, l દ્વારા અલગ કરાયેલા બે બિંદુઓ પર ગુરુત્વાકર્ષણના મૂલ્યમાં તફાવત કરીને અને આ અંતર દ્વારા ભાગાકાર કરીને તેનો અંદાજ લગાવી શકાય છે. બે ગુરુત્વાકર્ષણ માપન એક્સેલરોમીટર દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે જે મેળ ખાય છે અને ઉચ્ચ સ્તરની ચોકસાઈ સાથે સંરેખિત થાય છે. એકમો ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળનો એકમ ઇઓટવોસ (સંક્ષિપ્તમાં ઇ) છે, જે 10−9s−2 (અથવા 10−4 mGal/m) ની સમકક્ષ છે. 2 મીટરના અંતરેથી પસાર થતી વ્યક્તિ ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ સંકેત આપશે જે આશરે એક ઇ. પર્વતો સેંકડો ઇઓટવોસના સંકેતો આપી શકે છે. ગ્રેવિટી ગ્રેડિયન્ટ ટેન્સર પૂર્ણ ટેન્સર ગ્રેડિયોમીટર ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રવણતા ટેન્સરને જન્મ આપતા ત્રણેય લંબ દિશામાં ગુરુત્વાકર્ષણ વેક્ટરના પરિવર્તનના દરને માપે છે (આકૃતિ 1). ગુરુત્વાકર્ષણ સાથે સરખામણી ગુરુત્વાકર્ષણના વ્યુત્પન્ન હોવાથી, ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ સંકેતોની વર્ણપટ શક્તિને ઉચ્ચ આવર્તન તરફ ધકેલી દેવામાં આવે છે. આ સામાન્ય રીતે ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રવણતા વિસંગતતાને ગુરુત્વાકર્ષણ વિસંગતતા કરતાં સ્રોતમાં વધુ સ્થાનિક બનાવે છે. કોષ્ટક (નીચે) અને આલેખ (આકૃતિ 2) બિંદુ સ્રોતમાંથી જીઝેડ અને જીઝેડ પ્રતિસાદોની તુલના કરે છે. તેનાથી વિપરીત, ગુરુત્વાકર્ષણ માપનમાં ઓછી આવર્તન પર વધુ સંકેત શક્તિ હોય છે તેથી તે તેમને પ્રાદેશિક સંકેતો અને ઊંડા સ્રોતો પ્રત્યે વધુ સંવેદનશીલ બનાવે છે. ગતિશીલ સર્વેક્ષણ વાતાવરણ (હવાઈ અને દરિયાઈ) વ્યુત્પન્ન માપન સંકેતમાં એકંદર ઊર્જાનો ત્યાગ કરે છે, પરંતુ ગતિશીલ વિક્ષેપને કારણે અવાજને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. ફરતા પ્લેટફોર્મ પર, બે પ્રવેગમાપક દ્વારા માપવામાં આવતી પ્રવેગક વિક્ષેપ સમાન હોય છે જેથી જ્યારે તફાવત રચાય છે, ત્યારે તે ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ માપનમાં રદ થાય છે. હવામાં અને દરિયાઈ સર્વેક્ષણોમાં ગ્રેડિયોમીટર તૈનાત કરવાનું આ મુખ્ય કારણ છે જ્યાં પ્રવેગક સ્તર રસના સંકેતો કરતા વધુ તીવ્રતાના ક્રમમાં હોય છે. સિગ્નલ ટુ નોઇઝ રેશિયો ઉચ્ચ આવર્તન (0.01 હર્ટ્ઝની ઉપર) પર સૌથી વધુ લાભ આપે છે, જ્યાં હવામાં પ્રવેગક અવાજ સૌથી મોટો હોય છે. એપ્લિકેશન્સ ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમેટ્રીનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ભૂગર્ભીય ભૂસ્તરશાસ્ત્રની છબી બનાવવા માટે થાય છે જેથી હાઇડ્રોકાર્બન અને ખનિજ સંશોધનમાં મદદ મળી શકે. આ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને હવે 25 લાખ કિલોમીટરથી વધુનું સર્વેક્ષણ કરવામાં આવ્યું છે. સર્વેક્ષણો ગુરુત્વાકર્ષણ વિસંગતતાઓને પ્રકાશિત કરે છે જે સોલ્ટ ડાયપર, ફોલ્ટ સિસ્ટમ્સ, રીફ સ્ટ્રક્ચર્સ, કિમ્બરલાઇટ પાઇપ વગેરે જેવી ભૌગોલિક સુવિધાઓ સાથે સંબંધિત હોઈ શકે છે. અન્ય ઉપયોગોમાં ટનલ અને બંકર શોધ અને તાજેતરના GOCE મિશનનો સમાવેશ થાય છે જેનો હેતુ સમુદ્ર પરિભ્રમણનું જ્ઞાન સુધારવાનો છે. ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર્સ લોકહીડ માર્ટિન ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર્સ 1970ના દાયકા દરમિયાન યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટમાં એક્ઝિક્યુટિવ તરીકે. સંરક્ષણ વિભાગના જ્હોન બ્રેટે ટ્રાઇડેન્ટ 2 પ્રણાલીને ટેકો આપવા માટે ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમીટરના વિકાસની શરૂઆત કરી હતી. ફુલ ટેન્સર ગ્રેડિયન્ટ (એફટીજી) સિસ્ટમ માટે વ્યાવસાયિક અરજીઓ મેળવવા માટે એક સમિતિનું ગઠન કરવામાં આવ્યું હતું, જે બેલ એરોસ્પેસ (બાદમાં લોકહીડ માર્ટિન દ્વારા હસ્તગત કરવામાં આવી હતી) દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી અને યુ. એસ. નૌકાદળની ટ્રાઇડન્ટ સબમરીન પર તૈનાત કરવામાં આવી હતી, જે ગુપ્ત નેવિગેશનમાં મદદ કરવા માટે રચવામાં આવી હતી. જેમ જેમ શીત યુદ્ધ નજીક આવ્યું તેમ, યુ. એસ. નૌકાદળે વર્ગીકૃત તકનીક રજૂ કરી અને તકનીકીના સંપૂર્ણ વ્યાપારીકરણ માટે દરવાજો ખોલ્યો. 1990 માં રજૂ થયેલી ફિલ્મ ધ હન્ટ ફોર રેડ ઓક્ટોબરમાં ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમીટરનું અસ્તિત્વ પ્રખ્યાત રીતે ખુલ્લું પાડવામાં આવ્યું હતું. હાલમાં બે પ્રકારના લોકહીડ માર્ટિન ગ્રેવિટી ગ્રેડિયોમીટર કાર્યરત છેઃ 3ડી ફુલ ટેન્સર ગ્રેવિટી ગ્રેડિયોમીટર (એફટીજી; ફિક્સ્ડ વિંગ એરક્રાફ્ટ અથવા જહાજમાં તૈનાત) અને ફાલ્કન ગ્રેડિયોમીટર (8 એક્સેલરોમીટર સાથે આંશિક ટેન્સર સિસ્ટમ અને ફિક્સ્ડ વિંગ એરક્રાફ્ટ અથવા હેલિકોપ્ટરમાં તૈનાત). 3ડી એફ. ટી. જી. પ્રણાલીમાં ત્રણ ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમેટ્રી સાધનો (જી. જી. આઈ.) હોય છે, જેમાં દરેકમાં સ્પિન દિશામાં માપન દિશા સાથે સ્પિનિંગ ડિસ્ક પર ગોઠવાયેલા પ્રવેગકની બે વિરોધી જોડીનો સમાવેશ થાય છે. અન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમીટર ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમીટર આ યુરોપિયન સ્પેસ એજન્સીના GOCE મિશન પર તૈનાત ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમીટર છે. તે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક સર્વો-નિયંત્રિત એક્સલરોમીટરની ત્રણ જોડી પર આધારિત ત્રણ-અક્ષ વિકર્ણ ગ્રેડિઓમીટર છે. એઆરકેઇએક્સ એક્સપ્લોરેશન ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર મૂળરૂપે યુરોપિયન સ્પેસ એજન્સી માટે વિકસાવવામાં આવેલી તકનીકની ઉત્ક્રાંતિ, એઆરકેઇએક્સ (એક કોર્પોરેશન જે હવે નિષ્ક્રિય છે) દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલ એક્સપ્લોરેશન ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર (ઇજીજી), તેની કામગીરી પહોંચાડવા માટે સુપરકન્ડક્ટિવિટીના બે મુખ્ય સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરે છેઃ મેઇસનર ઇફેક્ટ, જે ઇજીજી પ્રૂફ માસ અને ફ્લક્સ ક્વોન્ટાઇઝેશનનું લેવિટેશન પ્રદાન કરે છે, જે ઇજીજીને તેની અંતર્ગત સ્થિરતા આપે છે. ઇ. જી. જી. ખાસ કરીને ઉચ્ચ ગતિશીલ સર્વેક્ષણ વાતાવરણ માટે તૈયાર કરવામાં આવ્યું છે. રિબન સેન્સર ગ્રેડિઓમીટર ગ્રેવિટેક ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર સેન્સરમાં એક જ સંવેદનાત્મક તત્વ (એક રિબન) હોય છે જે ગુરુત્વાકર્ષણ ઢાળ બળોને પ્રતિભાવ આપે છે. તે બોરહોલ કાર્યક્રમો માટે રચાયેલ છે. યુ. ડબલ્યુ. એ. ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર યુનિવર્સિટી ઓફ વેસ્ટર્ન ઓસ્ટ્રેલિયા (ઉર્ફ વી. કે.-1) ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર એ એક સુપરકન્ડક્ટિંગ સાધન છે જે માઇક્રો-ફ્લેક્સર સપોર્ટેડ બેલેન્સ બીમની જોડી પર આધારિત ઓર્થોગોનલ ક્વાડ્રુપોલ રિસ્પોન્ડર (ઓ. ક્યુ. આર.) ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરે છે. ગેડેક્સ ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર ગેડેક્સ ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર (એ. કે. એ. હાઈ-ડેફિનેશન એરબોર્ન ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર, એચ. ડી.-એ. જી. જી.) પણ સુપરકન્ડક્ટિંગ ઓ. ક્યુ. આર.-પ્રકારનું ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર છે, જે યુનિવર્સિટી ઓફ મેરીલેન્ડ ખાતે વિકસાવવામાં આવેલી ટેકનોલોજી પર આધારિત છે. આઈ. સી. ઓ. આર. એસ. ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર એ સ્ટ્રેપડાઉન એરબોર્ન ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર છે, જે જર્મનીમાં આઈ. એમ. એ. આર. નેવિગેશન ખાતે વિકસિત ટેકનોલોજી પર આધારિત છે. ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજી ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર અણુ ઇન્ટરફેરોમેટ્રી પર આધારિત ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજી ગ્રેવિટી ગ્રેડિઓમીટર હાલમાં વિશ્વભરની સંખ્યાબંધ યુનિવર્સિટીઓ દ્વારા વિકસાવવામાં આવી રહ્યા છે અને તેનો ઉપયોગ વ્યવહારુ ઉપયોગોમાં થવા લાગ્યો છે. આ પણ જુઓ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રેડિઓમીટર પ્રણાલીઓના વિકાસ અને જમાવટમાં પ્રગતિ અને પડકારો GOCE મિશન પેલોડ ભૂભૌતિકીય સર્વેક્ષણ ભૂગણિત ભૂવૈજ્ઞાનિક તકનીકો ગુરુત્વાકર્ષણ