Чендлер колеблется - Chandler wobble

В Чендлер колеблется или же изменение широты небольшое отклонение в земной шар ось вращение относительно твердой земли,[1] который был обнаружен Американец астроном Сет Карло Чендлер в 1891 году. Это изменение составляет около 9 метров (30 футов) в точке, в которой ось пересекает поверхность Земли, и имеет период 433 дня.[2][3] Это колебание, которое нутация, сочетается с другим колебанием с периодом в один год, так что общая полярное движение варьируется с периодом около 7 лет.

Колебание Чендлера - это пример движения, которое может происходить для свободно вращающегося объекта, не являющегося сферой; это называется свободной нутацией. Несколько сбивает с толку направление Ось вращения Земли относительно звезд также меняется с разными периодами, и эти движения - вызванные приливные силы Луны и Солнца - также называются нутациями, кроме самых медленных, которые прецессии равноденствий.

Прогнозы

Существование свободной нутации Земли было предсказано Исаак Ньютон в следствиях 20–22 предложения 66 книги 1 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, и по Леонард Эйлер в 1765 г. в рамках своих исследований динамики вращающихся тел. На основании известных эллиптичность Земли, Эйлер предсказал, что она будет иметь период 305 дней. Несколько астрономов искали движения с этим периодом, но ничего не нашли. Вклад Чендлера состоял в том, чтобы искать подвижки в любой возможный период; после того, как было обнаружено чандлеровское колебание, разница между его периодом и предсказанным Эйлером была объяснена следующим образом: Саймон Ньюкомб как результат негибкости Земли. Полное объяснение этого периода также включает текучую природу ядра Земли и океанов - колебание, по сути, создает очень маленький океан. прилив с амплитудой примерно 6 мм (1⁄4 в), называемый «полюсным приливом», который является единственным приливом, не вызванным внеземным телом. Несмотря на небольшую амплитуду, гравитационное влияние полюсного прилива легко обнаруживается сверхпроводящий гравиметр.[4]

Поскольку Земля не является твердым телом, чендлеровское колебание должно затихнуть с постоянной времени около 68 лет.[5] Были предложены различные теории, объясняющие, почему он все еще существует, хотя Земля существует гораздо дольше, чем 68 лет (см. Ниже).

Попытки измерения

В Международные широтные обсерватории были установлены в 1899 году для измерения колебания. Они предоставили данные о колебании Чандлера и годовом колебании на протяжении большей части 20-го века, хотя в конечном итоге они были заменены другими методами измерения. Мониторинг полярное движение теперь делается Международная служба вращения Земли.

Амплитуда колебания менялась с момента его открытия, достигнув максимального размера в 1910 году и заметно колеблясь от одного десятилетия к другому. В 2009 году анализ данных временных рядов координат полюсов Международной службы вращения Земли и систем отсчета (IERS), проведенный Малкиным и Миллером с января 1946 года по январь 2009 года, показал три смены фаз колебания в 1850, 1920 и 2005 годах.[2]

Гипотезы

Поскольку чандлеровское колебание должно утихнуть в течение десятилетий или столетий, должны существовать влияния, которые постоянно возбуждают его снова и снова. массовое распространение или же угловой момент Земли внешнее ядро, атмосфера, океаны, или корочка (от землетрясения ) долгое время фактический источник был неясен, поскольку никакие доступные движения не казались связанными с тем, что вызывало колебание.

В 2001 году Ричард Гросс провел расследование в Лаборатория реактивного движения управляется Калифорнийский технологический институт. Он использовал модели углового момента атмосферы и океанов в компьютерном моделировании, чтобы показать, что с 1985 по 1996 год чандлеровское колебание было вызвано комбинацией атмосферных и океанических процессов, причем доминирующим механизмом возбуждения были колебания давления на дне океана. Гросс обнаружил, что две трети «колебания» были вызваны колебаниями давления на морское дно, что, в свою очередь, вызвано изменением циркуляция океанов вызвано вариациями в температура, соленость, и ветер. Оставшаяся треть связана с атмосферные колебания.[5]

Рекомендации

  1. ^ например Мюллер, И. (1969). Сферическая и практическая астрономия в приложении к геодезии. Издательство Фредерика Ангара, Нью-Йорк, стр. 80.
  2. ^ а б Зиновий Малкин и Наталья Миллер (2009). «Колебание Чендлера: выявлены еще два крупных фазовых скачка». Земля, планеты и космос. 62 (12): 943–947. arXiv:0908.3732. Bibcode:2010EP&S ... 62..943M. Дои:10.5047 / eps.2010.11.002.
  3. ^ "Чендлеровское колебание Земли резко изменилось в 2005 году". TechnologyReview.com. MIT Technology Review. 2009 г.. Получено 25 июля 2013.
  4. ^ См., Например, рис. 2.3. Виртанен, Х. (2006). Исследования динамики Земли с помощью сверхпроводящего гравиметра (PDF) (Академическая диссертация в Хельсинкском университете). Геодетический институт. Архивировано из оригинал (PDF) 5 июня 2011 г.. Получено 21 сентября, 2009.
  5. ^ а б Гросс, Ричард С. (2000). "Возбуждение чендлеровского колебания". Письма о геофизических исследованиях. 27 (15): 2329–2332. Bibcode:2000GeoRL..27.2329G. Дои:10.1029 / 2000gl011450. Получено 17 января, 2011.

дальнейшее чтение

  • Картер Б. и М. С. Картер, 2003 г., "Широта, как американские астрономы раскрыли тайну вариации", издательство Военно-морского института, Аннаполис.
  • Гросс, Ричард S (2000). «Возбуждение чендлеровского колебания». Письма о геофизических исследованиях. 27 (15): 2329–2332. Bibcode:2000GeoRL..27.2329G. Дои:10.1029 / 2000gl011450.
  • Ламбек, Курт, 1980 г., Переменное вращение Земли: геофизические причины и последствия (Кембриджские монографии по механике), Cambridge University Press, Лондон.
  • Мунк, У. Х. и Макдональд, Дж. Дж. Ф., 1960, Вращение Земли, Издательство Кембриджского университета, Лондон.
  • Мориц, Х. и И.И. Мюллер, 1987 г., Вращение Земли: теория и наблюдения, Международная издательская группа «Континуум», Лондон.

внешняя ссылка