Чендлер раскачивается

Чандлеровское колебание или чандлеровское изменение широты — это небольшое отклонение Земли оси вращения относительно твердой Земли . и назван в его честь который был открыт американским астрономом Сетом Карло Чандлером в 1891 году. Он составляет изменение примерно на 9 метров (30 футов) в точке, в которой ось пересекает поверхность Земли, и имеет период 433 дня. Это колебание, которое представляет собой астрономическую нутацию , сочетается с другим колебанием с периодом в шесть лет, так что общее движение полюсов меняется с периодом около 7 лет.

Колебание Чандлера — это пример движения, которое может возникнуть у свободно вращающегося объекта, не являющегося сферой; это называется свободной нутацией . Несколько сбивает с толку то, что направление оси вращения Земли относительно звезд также меняется в разные периоды, и эти движения, вызванные приливными силами Луны и Солнца, также называются нутациями, за исключением самых медленных, которые представляют собой прецессии Земли. равноденствия .

Прогнозы

Существование свободной нутации Земли было предсказано Исааком Ньютоном в следствиях 20–22 предложения 66, книге 1 «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» , а также Леонардом Эйлером в 1765 году в рамках его исследований динамики вращающихся тел. Основываясь на известной эллиптичности Земли, Эйлер предсказал, что ее период будет составлять 305 дней. Несколько астрономов искали движения с этим периодом, но ничего не нашли. Вклад Чендлера заключался в том, чтобы искать предложения в любой возможный период; объяснил разницу между его периодом и периодом, предсказанным Эйлером, Как только было обнаружено чандлеровское колебание, Саймон Ньюкомб как вызванную нежесткостью Земли. Полное объяснение этого периода также связано с жидкой природой ядра Земли и океанов — фактически колебание вызывает очень небольшой океанский прилив с амплитудой примерно мм ( 1/4 дюйма 6 ), называемый полюсным приливом , который является единственным приливом, не вызванным внеземным телом. Несмотря на небольшую амплитуду, гравитационное воздействие полюсного прилива легко обнаруживается сверхпроводящим гравиметром .

Измерение

Международные широтные обсерватории были созданы в 1899 году для измерения колебаний, наблюдаемых при определении широты . Они предоставили данные о Чандлеровском и ежегодном колебании на протяжении большей части 20-го века, хотя в конечном итоге они были вытеснены другими методами измерения. Мониторинг движения полюсов теперь осуществляется Международной службой вращения Земли (IERS).

Амплитуда колебания менялась с момента его открытия, достигнув наибольшего размера в 1910 году и заметно колеблясь от десятилетия к другому. В 2009 году анализ данных временных рядов координат полюса IERS с января 1946 года по январь 2009 года, проведенный Малкиным и Миллером, показал три изменения фазы колебания: в 1850, 1920 и 2005 годах.

Гипотезы

Поскольку Земля не является твердым телом, Чандлеровское колебание должно затухать с постоянной времени около 68 лет, очень короткий период по сравнению с геологическими временными масштабами. Процессы, которые постоянно возобновляют колебание, представляют интерес для геофизиков. Хотя это должно быть связано с изменениями в распределении массы или угловом моменте Земли внешнего ядра , атмосферы , океанов или коры (в результате землетрясений ), в течение долгого времени действительный источник был неясен, поскольку никакие доступные движения, казалось, не были согласованы с что было причиной колебания.

Исследование было проведено в 2001 году Ричардом Гроссом в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института . Он использовал модели углового момента атмосферы и океанов в компьютерном моделировании, чтобы показать, что с 1985 по 1996 год Чандлеровское колебание возбуждалось комбинацией атмосферных и океанических процессов, причем доминирующим механизмом возбуждения были колебания давления на дне океана. Гросс обнаружил, что две трети «колебаний» было вызвано колебательным давлением на морское дно , которое, в свою очередь, вызвано изменениями в циркуляции океанов, вызванными изменениями температуры , солености и ветра . Оставшаяся треть приходится на колебания атмосферного давления .

Марса

С помощью радионаблюдений Mars Odyssey , Mars Reconnaissance Orbiter и космического корабля Mars Global Surveyor Чендлеровское колебание Марса было обнаружено . Впервые он был обнаружен на планетарном теле, отличном от Земли. Амплитуда 10 см, период 206,9 ± 0,5 дня и почти круговое направление против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса.

См. также

• Циклы Миланковича
• Военно-морская обсерватория США

Дальнейшее чтение

• Картер, Б. и М.С. Картер , 2003, «Широта, как американские астрономы разгадали тайну вариаций», Naval Institute Press, Аннаполис.
• Эйлер, Леонард (1765). «О вращательном движении твердых тел вокруг переменной оси» . Мемуары Королевской академии наук и беллетристика . 14 : 154–193.
• Эйлер, Леонард (1765). Теория движения твердых тел . Росток: А.Ф. Рёзе.
• Гросс, Ричард С. (2000). «Возбуждение Чендлеровского колебания» . Письма о геофизических исследованиях . 27 (15): 2329–2332. Бибкод : 2000GeoRL..27.2329G . дои : 10.1029/2000gl011450 .
• Ламбек, Курт, 1980, Переменное вращение Земли: геофизические причины и последствия (Кембриджские монографии по механике), издательство Кембриджского университета, Лондон.
• Мунк, У.Х. и Макдональд, Дж.Дж.Ф., 1960, Вращение Земли , издательство Кембриджского университета, Лондон.
• Мориц, Х. и И.И. Мюллер, 1987, Вращение Земли: теория и наблюдение , Международная издательская группа Continuum, Лондон.

Внешние ссылки

• Тайна шаткой Земли раскрыта , 19 июля 2000 г.
• Свободная прецессия Земли