|
Снег, муссоны, океаны смещают центр масс Земли
|
|
|
|
Сезонные изменения приводят к перераспределению такого количества воды на Земле, что центр масс планеты смещается на доли дюйма относительно своего геометрического центра. Ученые из NASA отслеживают эти колебания, поскольку центр масс Земли является важнейшей точкой отсчета для спутниковой навигации и измерения высоты.
|
|
|
|
Группа ученых из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии предложила способ расчета сезонных колебаний с высочайшей точностью. Этот метод и его результаты подробно описаны в новом исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Journal International. Авторы рисуют яркую картину весенних оттепелей, бушующих океанов и плотных зимних воздушных масс, которые из сезона в сезон смещают огромные массы на поверхности Земли.
|
|
|
|
Это не первая попытка определить центр масс Земли. На протяжении десятилетий ученые разрабатывали различные космические методы для его определения и локализации. Но это задача не из легких. Если бы Земля была твердым шаром, ее центр масс совпадал бы с геометрическим центром. Но на самом деле планета колеблется и проседает под тяжестью воды, льда и воздуха. Из-за этого центр масс Земли постоянно смещается вокруг своего геометрического центра на несколько миллиметров.
|
|
|
|
|
|
|
Насколько точны существующие методы измерения величины этого смещения? Последние две международные оценки, сделанные в 2017 и 2023 годах, расходятся на 0,27 дюйма (7 миллиметров) — это примерно высота трёх сложенных друг на друга пятицентовых монет. Разница почти такая же, как и само смещение.
|
|
|
|
Чтобы уменьшить погрешность, Дональд Аргус, геолог из Лаборатории реактивного движения, возглавил разработку нового метода, основанного на сверхточном спутниковом слежении.
|
|
|
|
Под действием гравитации спутники естественным образом вращаются вокруг центра масс Земли, словно привязанные невидимыми тросами. Незначительные изменения расстояния между спутниками и наземными станциями отражают смещение центра масс Земли.
|
|
|
|
Идея использовать спутники для определения центра масс Земли не нова. На самом деле спутники из плотного металла, запущенные в 1976 и 1992 годах, предназначены исключительно для этой цели. Оба спутника лазерной геодинамики (LAGEOS 1 и 2), напоминающие 900-фунтовые (408-килограммовые) диско-шары, усеяны отражающими призмами и отслеживаются с лазерной точностью с помощью наземных станций, расположенных по всему миру более чем в 20 странах.
|
|
|
|
Однако одним из недостатков спутниковой лазерной дальнометрии является неравномерное распределение наземных станций по поверхности Земли. Новый метод повышает точность двумя способами: он включает в себя использование GPS-трекинга и орбитальных данных с нескольких спутников на низкой околоземной орбите, что позволяет получить данные с разных точек. Кроме того, он учитывает, как вес воды и льда деформирует земную кору, и учитывает это при работе с наземными станциями.
|
|
|
|
Этот метод был разработан компанией Argus совместно с исследователями из Лаборатории реактивного движения NASA, Университета Невады, Университета Монтаны и Центра геонаук имени Гельмгольца в Германии.
|
|
|
|
«Теперь мы оцениваем ежегодное смещение центра масс Земли в обе стороны примерно в два раза меньше, чем мы предполагали восемь лет назад, — говорит представитель компании Argus. — Наши результаты показывают, что масса воды и воздуха, перемещающихся между полушариями Земли, меньше, чем считалось ранее».
|
|
|
|
Феликс Ландерер, один из соавторов исследования из Лаборатории реактивного движения, отметил, что «хотя эти движения могут показаться незначительными, наш современный мир зависит от чрезвычайно точных данных о местоположении. Раскрывая и изучая механизмы, которые приводят к изменению систем отсчёта, мы сможем создать более совершенные системы отсчёта, которые в конечном счёте принесут пользу картографии и навигации — от глобальной логистики морских перевозок до точного земледелия».
|
|
|
|
Авторы исследования проследили за сезонными колебаниями центра масс Земли и разделили их на три категории: колебания, связанные с океанами, атмосферой и континентальными водами (состоящими из льда, снега, озёрной и речной воды, почвенной влаги и грунтовых вод).
|
|
|
|
Они обнаружили, что максимальное накопление снега в Северной Америке и Евразии происходит в марте и смещает центр масс Земли примерно на 3 миллиметра в сторону Северного полюса. Месяц спустя, в апреле, количество дождевой воды в бассейне реки Амазонки достигает 2400 гигатонн, в результате чего центр масс Земли смещается на 2,2 миллиметра в сторону Южной Америки. Шесть месяцев спустя, в ноябре, количество муссонных дождей в Юго-Восточной Азии достигает максимума в 600 гигатонн, что незначительно влияет на годовые колебания.
|
|
|
|
С августа по октябрь океаны наполняются талой водой и дождевыми осадками, и центр масс Земли смещается в сторону южной части Тихого океана. Тихий океан настолько огромен, что изменения его массы затмевают потери или прирост массы в других океанах, хотя сезонная динамика в Средиземном, Красном, Северном, Балтийском и Баренцевом морях также вносит свой вклад в смещение центра масс Земли.
|
|
|
|
Исследователи использовали модель, разработанную Европейским центром среднесрочных прогнозов погоды, чтобы оценить, как атмосферные изменения влияют на центр масс Земли в разные времена года. Они обнаружили, что холодный и плотный зимний воздух смещает центр масс в сторону Аравийского полуострова, Азии и Северной Африки примерно 21 декабря каждого года, а в сторону Южной Америки и Южной Африки — примерно 21 июня.
|
|
|
|
Расчёты массы, проведённые в рамках исследования, согласуются с данными миссии GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On). Эта миссия, запущенная в 2018 году, включает в себя два спутника-близнеца, которые отслеживают ежемесячные колебания гравитационного притяжения Земли, вызванные в основном движением водных масс над и под поверхностью Земли. Спутники летят в точном строю, и когда ведущий спутник проходит над плотным объектом, например над разливом реки, дополнительное гравитационное воздействие изменяет расстояние между спутниками-близнецами на небольшую, но измеримую величину.
|
|
|
|
Источник
|
