重力測量

基於衛星重力測量數據製作的大地水準面。

重力測量是測定重力加速度的技術和方法，其成果在大地測量學、地球物理學和地球動力學中有着重要應用。

歷史

重力測量的發展是伴隨着測量儀器的發展而發展的。最早測量出重力加速度g值的是意大利科學家伽利略，1590年他在比薩斜塔的擲鉛球試驗和在斜面上的球體滾落試驗，初步測定 g≈9.8 m/s²，精度在±0.1 m/s²左右。1673年，荷蘭科學家惠更斯提出了單擺擺動的周期公式：$2\pi {\sqrt[{}]{l/g}}$（l為擺長），為重力測量奠定了理論基礎。1733年前後，法國科學家夏爾·馬里·拉孔達米納首次用物理擺測出的g值的精度達到±0.01 m/s²。1818年，英國物理學家亨利·卡特發明第一台可供野外觀測的可倒擺儀器，被稱為卡特垂擺，測量誤差精度約為±3.5×10^-4 m/s²。1828年，德國科學家貝塞爾在研究可倒理論和誤差源後，研製出的擺線將測量精度提高到約±1×10^-4 m/s²。在早起，主要進行的是測量某一地點絕對重力的絕對重力測量。最早進行相對重力測量（測定兩點間重力加速度差值）的是奧地利科學家羅伯特·多布雷斯基·馮·施特內克於1887年採用動力法的擺儀進行的。此法是用長度不變的擺在兩個待測點上觀測擺動周期，根據兩點的周期差求重力差，精度可達到±5×10^-5 m/s²。德國大地測量學家弗里德里希·羅伯特·黑爾默特使用奧地利基準台的重力值，建立了「維也納重力系統（基準）」，並於1900年在巴黎舉行的國際大地測量協會會議上通過成為世界上第一個國際重力基準。1898～1904年，黑爾默特與弗里德里希·屈嫩、菲利普·富特文勒在德國波茨坦大地測量研究所完成了新的絕對重力測量，以重力值g = 981.274  +/-0.003 cm/s²為基準，建立了「波茨坦重力系統（基準）」，並在1909年在倫敦舉行的國際大地測量學協會會議上通過。這一基準一直到1971年在莫斯科舉行的國際大地測量學和地球物理學聯合會第15屆大會上決定由1971年國際重力基準網 (ISGN-71)所取代。

方法

重力測量的方法主要可分為三種：

• 絕對重力測量，利用振擺或自由落體等物理手段直接測定地面觀測點的重力加速度值；
• 相對重力測量，利用重力儀測定地面兩點間的重力差，並與已知重力點聯測以推算未知點重力值；
• 重複重力測量，按一定時間間隔對地面兩點間的重力差進行重複測量。