Uydu lazer ölçümü

Uydu lazer ölçümü  (SLR) jeosantrik yörüngedeki uydulara olan mesafeyi ölçme yöntemidir. Bu yöntem, lazer ile donatılmış bir gözlemevinden gönderilen çok kısa süreli ışık darbelerinden oluşur. Darbeler uyduya çarpar ve istasyon tarafından yakalanmak üzere geri yansır; istasyon bu süreçte gidiş–dönüş süresini ölçer ve bunu ışık hızı formülüyle hesaplar. Bu ölçümler anlıktır ve milimetre seviyesinde hassasiyete sahiptir; zaman içinde biriktirilerek yörüngelerin ve çok sayıda önemli bilimsel verinin hassas biçimde belirlenmesini sağlar. Bazı uydularda retroreflektörler bulunur, ancak yöntem uzay enkazı üzerinde de çalışır.

Uydu lazer ölçümü, dünya/atmosfer/okyanus sistemine ilişkin bilimsel çalışmalara önemli katkılar sağlama potansiyeli yüksek, kendini kanıtlamış bir jeodezik tekniktir. Şu anda Dünya uydusunun jeosantrik konumunu belirlemede mevcut en hassas tekniktir; bu sayede radar altimetrelerinin hassas kalibrasyonu ve uzun dönemli aletsel kaymanın, okyanus topografisindeki seküler değişimlerden ayrıştırılması mümkün olur.

Zaman içinde Dünya'nın yerçekimi alanındaki değişiklikleri ölçebilmesi ve istasyon ağının jeosenre göre hareketlerini izlemesi, bunun yanında düşey hareketleri mutlak bir sistem içinde gözlemleyebilmesi; uzun dönemli iklim değişikliğinin modellenmesi ve değerlendirilmesi açısından bu tekniği benzersiz kılar. Bunu şu yollarla yapar:

  buzul sonrası geri tepme, levha tektoniği, deniz seviyesi ve buz hacmi değişimi için bir referans sistemi sağlayarak
  katı yerküre, okyanus ve atmosfer sistemindeki zamana bağlı kütle yeniden dağılımını belirleyerek
  Dünya kutup koordinatları ve gün uzunluğu değişimleri gibi Dünya yönelim parametrelerini belirleyerek
  aktif cihazlı veya cihazsız yapay uydular için hassas yörünge belirleyerek
  atmosferin, Güneş ısınmasının mevsimsel değişimlerine verdiği yanıtı izleyerek.

SLR, genel görelilik kuramının, özellikle de çerçeve sürüklenmesi (frame-dragging) etkisi gibi öngörülerinin doğrulanması için benzersiz bir yetenek sunar.

SLR istasyonları, VLBI, GPS, DORIS ve PRARE sistemlerini de içeren uluslararası uzay jeodezisi gözlemevleri ağının önemli bir parçasını oluşturur. Bazı kritik görevlerde SLR, diğer radyometrik izleme sistemlerinin başarısız olduğu durumlarda yedek bir güvenlik katmanı sağlamıştır.

 Tarihçe 
küçükresim| Graz, Avusturya yakınındaki Lustbühel Gözlemevi'nde Uydu Lazer Takibi
Lazer mesafe ölçümü NASA tarafından 1964'te Beacon-B uydusunun fırlatılmasıyla ilk kez Dünya'ya yakın bir uyduya uygulanmıştır. O zamandan bu yana, bilimsel gereksinimlerin de teşvikiyle ölçüm hassasiyeti birkaç metreden birkaç milimetreye inerek bin kat iyileşmiş ve retroreflektörlerle donatılmış daha fazla uydu fırlatılmıştır.

Amerikan Apollo ve Sovyet Lunokhod uzay programlarının bir parçası olarak Ay yüzeyine birkaç retroreflektör takımı yerleştirilmiştir. Bu retroreflektörlere de düzenli olarak lazerle ölçüm yapılmakta (lunar laser ranging), böylece Dünya/Ay sisteminin dinamikleri son derece hassas biçimde belirlenmektedir.

İzleyen on yıllar içinde küresel uydu lazer ölçüm ağı, katı yerküre ile onun okyanus ve atmosfer sistemlerinin incelenmesinde güçlü bir veri kaynağına dönüşmüştür. Buna ek olarak SLR, okyanus yüzeyini haritalayan (küresel okyanus dolaşımının modellenmesinde kullanılan) uzay tabanlı radar altimetre görevleri, kıtasal buz kütlelerindeki hacimsel değişikliklerin eşlenmesi ve kara topografyası için hassas yörünge belirleme sağlar. Ayrıca, nanosaniyenin altı düzeyde küresel zaman transferine olanak tanır ve Genel Görelilik Kuramı'nın özel testleri için bir temel oluşturur.

Uluslararası Lazer Ölçüm Servisi, jeofiziksel ve jeodezik araştırma faaliyetlerini güçlendirmek amacıyla, önceki CSTG Uydu ve Lazer Ölçüm Altkomisyonu'nun yerini almak üzere küresel SLR topluluğu tarafından 1998 yılında kurulmuştur.

 Uygulamalar 
SLR verileri, tüm hassas yörünge belirlemeyi destekleyen ve kütle yeniden dağılımından kaynaklanan zamansal yerçekimi değişimlerinin incelenmesine temel oluşturan, standart, son derece hassas uzun dalga boylu yerçekimi alanı referans modelini sağlamıştır. Jeoit yüksekliği, 1500 km'den kısa uzun dalga boylarında on santimetreden daha düşük bir belirsizlikle belirlenmiştir.

SLR, jeosantrik bir referans çerçevesinde küresel ölçekte tektonik sürüklenme istasyon hareketlerini mm/yıl hassasiyetle belirler. Yerçekimi modelleri ve on yıllık Dünya dönme değişimleriyle birleştirildiğinde, bu sonuçlar Dünya iç yapısı süreçlerine ilişkin kısıtlar sağlayarak manto konveksiyonu modellerine katkıda bulunur. Hawaii'deki referans istasyonunun hızı 70 mm/yıl'dır ve arka plan jeofizik modelinin hızını yakından tutturur.

 Uydu listesi 

 Pasif uydular listesi 

Yörüngeye birkaç özel lazer ölçüm uydusu yerleştirilmiştir:
Ajisai (Deneysel Jeodezik Yük)
 BLITS
Calsphere uyduları
 Etalon
Kosmos 1989  
Kosmos 2024  
LAGEOS
LAGEOS 1  
LAGEOS 2, bkz. STS-52  
 LARES
LARES 1  
LARES 2  
 Larets
 STARSHINE
Starshine 1, bkz. STS-96  
Starshine 2, bkz. STS-108  
 Starlette and Stella

 Ortak uydular listesi 
Bazı uydular, diğer araçlarla aynı uydu gövdesini paylaşarak lazer retroreflektörleri taşımıştır:
Beacon Explorers (Beacon Explorer-B ve Beacon Explorer-C)
GEOS (GEOS-1, GEOS-2, GEOS-3)
Diadème (satellites)

CHAMP
GRACE
GOCE
 Navigasyon uyduları
 GLONASS
 GPS (iki deneysel uydu)
 Galileo
 BeiDou
 NavIC
 QZSS
Altimetre uyduları
 GEOS-3
 TOPEX/Poseidon
 Sentinel-3
 SARAL

 Ayrıca bakınız 
 Lidar
 Lunar laser ranging
 Uydulardaki retroreflektörler
 Uzayda lazer iletişimi

 Kaynakça 

 Konuyla ilgili yayınlar 
 Pavlis, Erricos C.; Luceri, Vincenza; Otsubo, Toshimichi; Schreiber, Ulrich (eds) Satellite Laser Ranging Journal of Geodesy Cilt 93, sayı 11, Kasım 2019
  (public domain)''
 Seeber, Günter (2003) Satellite Geodesy Walter de Gruyter  s. 404
 Kramer, Herbert J. (2002) Observation of the Earth and Its Environment: Survey of Missions and Sensors Springer  s. 131–132
 Turcotte, Donald L. (ed) (1993)  Contributions of Space Geodesy to Geodynamics Washington, DC: American Geophysical Union Geodynamics Series, ISSN 0277-6669
 U.S. National Research Council (1985) Geodesy: a look to the future NAP s. 80–84

 Dış bağlantılar 
 International Laser Ranging Service resmî sitesi
 McDonald Laser Ranging Station
 NERC Space Geodesy Facility
 Ay’daki retroreflektörler