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Il campo gravitazionale
Si utilizzano inoltre anche le variazioni del campo gravitazionale, misurate ad esempio con i satelliti della missione GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), vedi figura 2.
Il principio generale consiste nel misurare le anomalie del campo gravitazionale terrestre che variano nel tempo in funzione delle variazioni delle masse d'acqua, sia liquide (laghi, acque sotterranee) che solide (ghiacciai). Il ciclo dell'acqua e la circolazione atmosferica ridistribuiscono continuamente enormi quantità d'acqua tutt'attorno al globo, determinando piccolissimi cambiamenti locali nell'attrazione gravitazionale della Terra. Queste variazioni sono dell'ordine di 10^-8 m s^-2, che è un miliardo di volte più piccolo del valore medio di g=9,81 m s^-2. In altre parole, tali variazioni sono comunque sufficientemente importanti per influenzare le orbite dei satelliti, in particolare quando si trovano a un'altitudine relativamente bassa (ad esempio, inizialmente 500 km per i satelliti GRACE).
Una regione della Terra che presenta una massa superiore alla media, ad esempio a causa di piogge molto intense, produce una forza di gravità più elevata in quell'area. Ciò provoca piccole variazioni nel comportamento di un satellite che la sorvola, il quale subisce un'attrazione gravitazionale più forte quando si avvicina all'area in questione, con conseguente accelerazione lungo la traiettoria seguita da una decelerazione subito dopo averla superata. In situazioni in cui la massa d'acqua è insufficiente (ad esempio durante una siccità), si osserva il comportamento opposto con una decelerazione lungo la traiettoria seguita da un'accelerazione.