地球不只是旋转,它也摇摆不定

来源 :飞碟探索 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ansonx
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  我们脚下的地球大部分时间似乎坚固不动,令人放心。但这是一个错觉,这个错觉来自我们有限的认知。
  我们的这个行星每23小时56分钟4秒自转一次。它也围绕着太阳运转,我们的太阳系也在围绕着银河系的中心飞速运转,而我们的银河系也正在飞向宇宙中一个被称为巨引源的空间。这里涉及的速度要是说出来会令人头晕目眩。
  即使你忽视了这一切,地球也远远不稳定。在我们脚下,巨大的岩石块不断地相互磨合,形成山谷,一起形成山脉,或者形成河流和海洋。我们脚下的地面在永远漂移、伸展和摇摆。


  在大多数情况下,这没有什么可担心的。然而,我们对这些现象越来越多的了解会让我们对地球内部的运作有更好的理解,对试图跟踪和着陆航天器的人也很方便。我们现在已知有七个因素使地球移动。
  台式地球仪是一个完美的球体,因此它可以在固定的轴上平滑地旋转。然而,真正的地球不是这样一个完美的球体,其中的质量分布不均匀,容易移动。所以,地球旋转的轴线以及轴的南北端也在移动。
  此外,由于旋转轴与其图形轴不同,图形轴周围的质量平衡,所以当地球旋转时就会摆动。
  在科学界,牛顿早就预测到了这种摆动。更准确地说,它由许多明显的摆动组成。
  影响最大的一个被称为“钱德勒摇摆”,这是美国天文学家小塞特·钱德勒在1891年首次观察到的,它导致极点移动9米,需要大约14个月才能完成一个完整的周期。
  20世纪,科学家提出了各种各样的原因,包括大陆储水,大气压力,地震以及地球核心和地幔边界相互作用的变化。
  加利福尼亚州帕萨迪纳市美国航空航天局喷气推进实验室的地球物理学家理查德·格罗斯在2000年解决了这个谜团。1985年至1995年,他将天气和海洋新模型应用于对钱德勒摇摆的观测,通过计算,2/3的摆动是由于海底压力波动引起的,1/3是由大气压力的变化所致。


  格罗斯说:“它们的相对重要性随时间而变化,但是现在广泛接受的原因是大气和海洋压力变化的结合。”
  季节是影响地球摇摆的第二大因素,那是因为它们导致了雨、雪和湿度在不同地理区域的变化。
  1899年以来,科学家使用星星的相对位置能够精确定位两极;20世纪70年代以来有了卫星就更加方便。但是,即使在消除了钱德勒摇摆和季节性波动的影响之后,相对地壳来说,北极和南极的旋转极点仍然在移动。
  在2016年4月发表的一项研究中,也在喷气推进实验室工作的苏仁德拉·阿迪卡里和埃里克·埃文斯辨认出两个更重要的地球摆动拼图。
  在2000年之前,地球的旋转轴线向加拿大漂移,每年几厘米。但随后的测量显示,旋转轴改变了方向,改为朝向不列颠群岛。一些科学家认为,这可能是由于格陵兰岛和南极冰盖迅速融化造成的冰块损失所致。
  阿迪卡里和埃文斯开始检验这个观点。他们将极地位置的GPS测量与GRACE(使用卫星测量地球周围质量变化的研究)的数据进行了比较。
  他们发现,格陵兰和南极冰盖的融化只解释了最近两极方向移动的2/3左右。他们得出结论,剩下的1/3是由于大陆(主体是欧亚大陆)上遗留的水引起的水量下降。
  该地区受含水层枯竭和干旱的影响。然而,起初涉及的水量似乎太小,无法产生这样的影响。


  然后他们考虑到受影响地区的位置。阿迪卡里说:“从旋转物体的基本物理学角度来看,我们知道极点的移动对于大约±45°纬度的变化非常敏感。这正是欧亚大陆所存失水的原因。
  这项研究还确定了大陆水储存是对地球旋转中摆动的另一个合理解释。
  在整个20世纪,研究人员一直感到困惑,因為旋转轴每6年至14年移动一次,总体漂移为向东或向西0.5米至1.5米。阿迪卡里和埃文斯发现,在2002年至2015年间,欧亚大陆干旱年份对应于向东摆动,湿润年份对应于向西摆动。
  阿迪卡里说:“我们找到了一个完美的匹配,成功确定全球范围内的年际湿干变异性和年际极移之间一对一匹配,这是第一次。”
  水和冰的这些运动是由自然过程和人类行为相结合造成的,但是影响地球摆动的其他变化都是人类自己所为。
  在2009年的一项研究中,JPL 的费利克斯·兰德勒计算得出,如果二氧化碳水平在2000年至2100年间翻一番,海洋就会变暖并膨胀,致使北极在下个世纪每年向阿拉斯加和夏威夷移动1.5厘米左右。
  类似的是,在2007年的一项研究中,兰德勒模拟了二氧化碳增加对海底压力和循环造成的海洋变暖的影响。他发现,这些变化会将质量转移到更高纬度地区,这样会将地球上的一天缩短0.1毫秒多一点的时间,即万分之一秒。
  大量的水和冰如果四处移动,就会影响地球的旋转。移动足够大的岩石也具有相同的效果。
  构成地球表面的构造板块突然滑过彼此时,就会发生地震。在理论上,这可能产生影响。
  格罗斯研究了2010年智利海岸发生的8.8级大地震。在尚未发表的研究中,他计算出板块运动将地球的质量平衡轴线移动了约8厘米。
  然而,这只是一个基于模型的估计。格罗斯等人因此试图通过跟踪GPS卫星数据中的地震来观察地球旋转方式的真正转变。
  到目前为止,已经证明还不成功,因为排除影响地球旋转的所有其他因素是一件棘手的事。格罗斯说:“这些模型并不完美,因为残留噪音掩盖了较小的地震信号。”   当构造板滑过彼此时发生的质量运动也会影响一天的长度。这有点像一个滑冰运动员在一个点上旋转:她可以通过收回胳膊而加速,从而使她的质量更接近身体;或者通过相反的方式减速。例如,格罗斯计算,2011年日本的9.1级地震将这一天的长度缩短了1.8微秒。
  当发生地震时,会触发通过地球内部传递能量的地震波。
  地震波分为两种:“P波”反复挤压其穿过的材料并使其膨胀,振动与行进方向相同;较慢的“S波”从一侧到另一侧摆动岩石,振动与其行进方向成直角。


  强烈的风暴也可能产生类似地震引发的地震波,这些波被称为微震。直到最近,科学家才确定了微S波的来源。
  在东京大学的西田究(Kiwamu Nishida)和东北大学的阿田川良太(Ryota Takagi)发表的研究报告中,他们在日本南部使用了202个探测器网络来跟踪P 波和S 波,将其起源追溯到一次严重的北大西洋风暴,并将其称为“气象炸弹”:中心的大气压力急剧下降的风暴。
  以这种方式跟踪微震行动将有助于研究人员更好地了解地球的内部结构。
  不仅仅是地球上的现象影响着我们这颗行星的运动。最近的研究表明,大地震更有可能在满月或新月前后,这可能是因为太阳、月球和地球呈一条直线,增加了重力,对我们的行星发生了作用。
  在2016年9月发表的一项研究中,东京大学的井出乡四(Satoshi Ide)和他的同事分析了过去20年来大地震前两周的潮汐压力。 在最大的12次地震中(全部达到8.2级或以上),有9次发生在接近满月或新月的前后。没有发现较小的地震有这种关系。
  井出的结论是,这些时候额外的重力可能在构造板块上增加作用。其变化虽然很小,但如果板块受到压力,额外的力量就足以将岩石小的破裂变成更大的破裂。
  虽然这看上去合理,但许多科学家持怀疑态度,因为井出的研究只考察了12次地震。
  更有争议的是这一观点:太阳内部的振动可以用来解释地球上的一些摆动现象。
  当气体在太阳内部移动时,它们产生两种不同类型的波浪。由压力变化产生的称为p模式,而当致密材料通过重力向下拉动时形成的那些称为g模式。
  p模式只需要几分钟就能完成一个完整的振动周期,而g模式需要几十分钟到几小时。这段时间是模式的“周期”。
  1995年,由加拿大金斯顿女王大学的大卫·汤姆森牵头的小组分析了1992年至1994年从太阳流出的大量带电粒子的太阳风表现的模式。他们报告的波动与p模式和g模式周期相同,表明太阳的这些振动以某种方式影响太阳风。
  2007年,汤姆森接著报告说,海底通信电缆电压发生波动,原因不明确。地球上的地震观测甚至移动电话信号丢失也产生了与太阳内部波浪相匹配的频率模式。


  然而,其他科学家相信汤姆森的这个说法是站不住脚的。根据模拟,这些太阳振动,特别是g模式,等到达太阳表面时已经非常微弱,不会影响太阳风。即使情况并非如此,在远离地球时,行星际介质的湍流就会破坏这些模式。
  加利福尼亚州圣地亚哥从事预测科学的皮特·赖利称:“当我们观察不同的时间段时,发现频率正在变动,特别是在g 模式下,它们应该保持相对稳定。”早在1996年,他发表了一篇研究报告质询汤姆森的原始结果。“我们看了大卫·汤姆森看过的相同数据,并对其进行了相同的分析,并没有找到有关p模式或g模式的证据。”


  显然,汤姆森的想法可能不会成功。但是,我们的地球摇摆还有很多其他原因。
其他文献
比邻星b是一颗大小与地球相似、位于其主恒星宜居带的系外行星,带给了人们很大的有关外星生命的期望。但最新的研究显示,比邻星b或许不能维持它的大气层,使地表暴露在有害的恒星辐射之中,从而降低了其宜居性。    比鄰星b是我们已知离太阳系最近的邻居,距离太阳系仅4光年之遥。然而,由于我们还未捕捉到它在其主恒星前面出现的过程,因此无法用常规的方法来了解这颗系外行星。于是,科学家必须利用模型来了解它是否适宜
期刊
裸海蝶又名“冰天使”、“冰之精灵”、“冰海精灵”,是一种生活在北极和南极寒冷海域的软体动物。它不是水母也不是萤火虫,整体身长二三厘米。裸海蝶是雌雄同体、异体受精的动物,上半身橙色的部分是它的消化和生殖器官,类似翅膀的附着物是由脚进化而成,让它能在海洋环境中畅游,这些“翅膀”大约每秒拍动两次。在交配时,两只裸海蝶会结合在一起,互相在对方体内为卵子授精。產卵时,它们会排出一团圆形的浮游的壳子,从此开始
期刊
英法两国的一项新研究表明,鳄鱼的祖先曾经生活在大海里,它们在海洋里度过了地球气候史上的温暖时期,后又在寒冷期内灭绝。这项研究把海洋鳄目动物的种类多样性和1.4亿多年间的海水温度变化联系了起来。  这项研究由杰里米·马丁博士负责。他以前在英国布里斯托尔大学工作,现就职于法国里昂大学。  今天我们所见的鳄鱼均为冷血动物,它们大都生活在淡水里。但值得注意的是,湾鳄和美洲鳄是两个例外,它们偶然冒险游进了大
期刊
近日,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的研究人员使用一种特殊的捕获技术,从于北京房山的田园洞出土的一具4万年前的、被细菌和真菌DNA严重污染的男性骨骼化石样品中,将混杂在大量微生物DNA中极其微量的古人类DNA筛选了出来,并进行了测序。由此,中国古人类的第一个基因组,也是整个东亚地区最古老的人类基因组诞生了。    科学家对这一难得的基因组数据进行了充分研究,将其与世界范围内各种人群的基因组数据
期刊
麻省理工学院行星科学和物理学教授萨拉·西格说:“如果我们能够识别出另一颗类似地球的行星,从起初认为一切均围绕着我们地球旋转,到如今知道存在着很多其他类地行星,这就形成一个完整的认识过程。”  在我们的太阳系之外找到数千颗行星被认为是人类探索中的“欣喜发现”。但是最大的回报还没有到来:获取一个遥远的可居住世界的证据。  我们自熟悉的地面开始搜索,因为我们这个星球目前是具有生命的唯一的例子。在我们星球
期刊
时间过去了4年。在这4年中,飞行员仍然报告着类似事件,雷达操作员以及这个领域的专家仍然在跟踪不明飞行物,导弹试验区的工作人员拍下了很多不明飞行物的照片。  不明飞行物不只是一种时尚。  美国空军的“藍皮书”计划仍然非常活跃,全国范围调查网的许多团队没有一个礼拜不在野外追踪调查新近发生的不明飞行物事件。  谈起不明飞行物的历史,最好从1955年夏季俄亥俄州的辛辛那提市开始。由于某种不明的原因,汉密尔
期刊
日前,美国航空航天局公布了哈勃空间望远镜拍摄到的两个星系合并形成“宇宙结”的影像,遥望犹如凤凰展翅飞翔,整个画面灵动而壮美。    在距離地球2.5亿光年的地方,两个星系合并形成了新星系NGC2623。因为合并后的新星系犹如两条绳索打结,被称为“宇宙结”,其两端的距离长达5万光年。  研究者称,在这个“宇宙结”的形成过程中,大量高密度宇宙气体形成了许多新星。这些蓝色新星聚集在NGC2623的中心附
期刊
美国航空航天局官网近日发布消息称,火星大气与挥发演化探测器(MAVEN)最新探测发现,火星拥有“隐形”的磁场尾巴(磁尾),且与太阳风相互作用而发生了扭曲。    MAVEN項目科学家、美国航空航天局戈达德太空飞行中心的吉娜·迪布拉西奥表示:“我们发现,火星的磁尾在太阳系中独一无二。它与在金星上发现的磁尾不同,因为金星本身没有磁场;也与拥有活跃磁场的地球的磁尾不同,而是这两者的混合体。”  科学家基
期刊
星系团中的“隐士”  星系是恒星庞大的“社区”,是亿万恒星的家,但它们并非都闪烁着星光,有些是暗淡无光的。和我们熟悉的明亮星系不同,这些暗淡的星系没有明亮的核心,没有环绕核心的由恒星和气体组成的宏伟旋臂,也不是散发着辐射的密集星群。它们的星光微弱异常,仅仅照亮一些模糊的团块,是星系团中谦逊的“隐士”。加拿大多伦多大学的天体物理学家罗伯特·亚伯拉罕说:“假如你抓住银河系,将其中99%的恒星扔掉,那你
期刊
妊神星的轨道位于海王星轨道外侧,是一颗呈椭圆形状且快速自转的天体。2017年早些时候,妊神星从一颗遥远的恒星面前经过,趁此机会,科学家对其进行了掩星观测,改进了对这颗矮行星形状与大小的测量精度。在此次观测中,科学家还有一个意外的发现,那就是这颗小天体似乎也拥有一个光环结构,宽约70千米,整体半径大约2287千米,其角度与妊神星的赤道平面几乎一致。    妊神星的運行轨道与冥王星很相似,同样具有较高
期刊