Зміна пір року на Землі — це не лише зміна температури. У той же час це грандіозний процес переміщення мільярдів тон речовини. Вода, лід та атмосферне повітря постійно мігрують між півкулями, змушуючи центр мас планети зміщуватися відносно її геометричного центру.
Команда дослідників під керівництвом Лабораторії реактивного руху NASA (JPL) у Південній Каліфорнії запропонувала новий спосіб розрахунку цих сезонних коливань із безпрецедентною точністю. Результати роботи, опубліковані в журналі Geophysical Journal International, розкривають деталі того, як весняне танення снігу, океанічні течії та зимові атмосферні фронти деформують земну кору.
Чому центр маси Землі постійно зміщується?
Якби Земля була ідеально твердою сферою, її центр маси збігався б із геометричним. Проте наша планета м’якіша, тому деформується під вагою поверхневих навантажень. Протягом десятиліть науковці намагалися точно локалізувати цю рухому ціль, адже вона слугує фундаментальною точкою відліку для супутникової навігації та вимірювання рівня моря.
Попередні міжнародні оцінки 2017 та 2023 років відрізнялися між собою на 7 мм – приблизно як висота трьох монет номіналом 10 грн. Така похибка була майже дорівнювала самому розміру сезонного зсуву.
Щоб усунути невизначеність, геонауковець JPL Дональд Аргус разом із колегами розробив методику на основі супутникового стеження. Під дією гравітації космічні апарати обертаються саме навколо центру мас планети, а найменші зміни відстаней між ними та наземними станціями фіксують його найменші коливання.
Супутникові близнюки
Ідея використання супутників для геодезії не нова. Щільні металеві апарати LAGEOS 1 та LAGEOS 2, запущені у 1976 та 1992 роках, мають масу 408 кг і нагадують дзеркальні диско-кулі. Вони вкриті відбивними призмами, положення яких відстежують лазерні станції з понад 20 країн світу.
Нова методика поєднує GPS-стеження з орбітальними даними кількох супутників на низькій навколоземній орбіті та враховує деформацію земної кори під вагою води й льоду. За словами Аргуса, амплітуда щорічного переміщення центру мас виявилася приблизно вдвічі меншою, ніж вважалося вісім років тому. Це свідчить про те, що між півкулями переміщується менше маси води та повітря, ніж передбачали попередні моделі.
Отримані розрахунки узгоджуються з даними місії GRACE-FO, запущеної у 2018 році проєктом NASA та Німецького дослідницького центру геонаук (GFZ). Два супутники-близнюки фіксують гравітаційні аномалії: коли провідний апарат пролітає над масивним об’єктом (наприклад, повноводним басейном річки), додаткове тяжіння змінює відстань між супутниками. Наприкінці 2028 року планується запуск місії наступного покоління GRACE-C для продовження 25-річного архіву спостережень.
Головні чинники планетарних коливань
Учені виділили три основні джерела зміщення центру мас Землі:
- Континентальні водні ресурси. Накопичення снігу в Північній Америці та Євразії сягає максимуму в березні, зміщуючи центр маси на 3 мм у бік Північного полюса. У квітні басейн річки Амазонки накопичує до 2400 млрд тон води, зсуваючи центр маси на 2,2 мм до Південної Америки. У листопаді до цього процесу долучаються мусонні опади в Південно-Східній Азії.
- Світовий океан. Із серпня по жовтень океани наповнюються талою водою та дощами. Завдяки гігантській площі Тихий океан відіграє вирішальну роль, зсуваючи центр мас у бік своєї південної частини.
- Атмосфера. Холодне й щільне зимове повітря створює надлишковий тиск над Азією, Аравією та Північною Африкою близько 21 грудня, а над Південною Америкою та Південною Африкою — близько 21 червня.
Як зазначають автори дослідження, хоча ці зсуви вимірюються міліметрами, їх точний облік має вирішальне значення. Створення досконаліших систем відліку координат прямо впливає на якість картографії, супутникової логістики морських перевезень та точного землеробства.
Раніше ми розповідали про те, як катастрофічна зміна клімату Землі вплинула на висоту тропосфери.
За матеріалами NASA
