VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Вращение Земли – одно из важнейших свойств нашей планеты. Оно обусловливает не только смену дня и ночи, видимое суточное движение небесных тел, но и многие процессы, происходящие на Земле.

Представление о вращении Земли возникло в глубокой древности. Долгое время считалось, что Земля твердое тело, вращающееся вокруг своей оси, которое сохраняет низменное положение в пространстве (по отношению к звездам).

Сомнения в постоянстве скорости вращения Земли возникли после открытия Э. Галлеем в 1695г векового ускорения движения Луны.

Мысль о вековом замедлении скорости вращения Земли под действием приливного трения впервые высказал в 1755г Э.Кант.

Изучением закономерностей движения Земли и, в частности, ее вращения занимались П. Лаплас, Ж. Лагранж, Л. Эйлер и А. Ляпунов.

В результате, кроме векового замедления в скорости вращения Земли была установлена неравномерность ее вращения [1].

В настоящее время в мире действует широко разветвленная сеть обсерваторий, в которых ведутся непрерывные наблюдений за вращением Земли, изменением широт и движением полюсов. Знание этих параметров и их динамики имеет большое значение при решении многих проблем астрономии, картографии и геофизики.

Принято рассматривать 3 типа неравномерности вращения Земли: вековое замедление, сезонные и нерегулярные колебания угловой скорости.

1. В результате векового замедления угловой скорости длительность суток непрерывно возрастает примерно на 0,001‐0,002 секунд в столетие. Так миллиард лет назад сутки на Земле длились 17 часов, а в году было 500 дней. Это открытие сделали китайские палеонтологи, изучившие отложения сине-зеленых водорослей в осадочных породах. Остатки этих древнейших представителей растительного мира формировали пласты различного цвета и толщины, по которым, как по кольцам древесного ствола, можно судить о продолжительности времени года, месяцев и даже суток в самые древние времена.

По другим данным, земной год за миллиард лет составлял 540 суток (8100 часов). Сутки длились всего 15 часов.

Примерно 400 х 10⁶ лет назад в сутках было 22 часа.

За последние 2000 лет продолжительность одного оборота Земли увеличилась, в среднем, на 0,0023 секунд за столетие. За последние 250 лет этот параметр немного уменьшился и составил 0,0014 секунд за 100 лет.

В настоящее время замедление угловой скорости составляет – 5 х 10 ^-22 , с^-2 .

Главной причиной замедления является тормозящее действие лунно-солнечных приливов. Приливообразующая сила растягивает Землю вдоль прямой, соединяющей ее центр с Солнцем и Луной. Приливные выступы, перемещаясь в теле Земли, в направлении обратном ее движению – тормозят вращение Земли.

При движении тела вокруг Земли и системы (Земля+тело) вокруг Солнца расстояние между ними меняется, что вызывает изменение во времени приливообразующей силы и, тем самым, приводит к неравности во вращении Земли.

Долгопериодные изменения в угловой скорости Земли вызывается также перераспределением масс как в самой Земле, так и на ее поверхности [4].

Известно, что около 2% всей воды на Земле (масса гидросферы 1,41 х 10²1 кг) находится в виде льда. Общая масса льда в современную эпоху равна 28,4 х 10¹⁸ кг. Из них 90% приходится на ледниковый щит Антарктиды, 9% – на ледник Гренландии и около 1% ‐ на все остальные горные ледники. Площадь ледниковых щитов заставляет: в Антарктиде – 13,9 х 10¹⁰ м² , в Гренландии– 1,8*10¹² м² , горных ледников – 0,5 х 10¹² м².

Масса ледников меняется во времени значительным образом. Так. 12000 лет назад растаял громадный ледниковый щит, покрывающий в четвертичном периоде Западную Европу и Северную Америку [2].

Около 1000 лет назад ледниковый период Гренландии имел наименьшую из масс, чем ныне. Такое перемещение влаги между Мировым океаном и ледниковыми щитами приводит к изменению момента инерции Земли и к неравномерности угловой скорости и движения полюсов.

1. Сезонные колебания представлены 2 волнами –с годичным и полугодичным периодом.

Отклонение продолжительности суток от средней за год представляется равенство

(1)

где t – время в долях года, отсчитываемое от первого января.

Первый член формулы представляет годичную, а второй – полугодичную волны. Годичная волна показывает, что самые длинные сутки наблюдаются в январе, а короткие – в июле. Разница между ними составляет 1 мсек.

Полугодичная волна дает максимальную длительность суток в апреле и в конце октября, а минимальную – в конце января и в конце июля. Полная разница– 0,6 мсек.

а) Сезонные колебания вызываются, частично, приливами в теле Земли, но главную роль играет атмосферная циркуляция:

Масса атмосферы составляет 5,158 х 10¹⁸ кг, что в 1 х 10⁶ раз < М_З(5,978*10²⁴ кг ).

Известно, что в среднем атмосфера движется относительно земной поверхности в низких широтах – с востока на запад, а в умеренных и высоких – с запада на восток. Атмосферные потоки действуют на неровности поверхности Земли, как на паруса, ускоряя или замедляя вращение. Зимой атмосфера тормозит, а летом – ускоряет вращение Земли.

Амплитуда и фазы сезонных колебаний не остаются постоянными от года к году.

б) Сезонные колебания являются также следствием изменения количества осадков в течение года.

3. Нерегулярные изменения в угловой скорости приводят к колебаниям в продолжительности суток на несколько тысячных долей секунды. Эти изменения происходят через разные промежутки времени и причины их не вполне ясны.

Явление неравномерности привело к необходимости введения двух систем счета времени в астрономии: неравномерное – характеризующее вращение Земли и равномерное – Ньютоновское или эфемеридное [5].

За эфемеридную секунду в настоящее время принята продолжительность 9 192 631 770 колебаний излучения, соответствующего резонансной частоте перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия‐133.

(2)

∆Τ – поправка, учитывающая неравномерность вращения Земли. Определяется из наблюдений за движением Луны.

(3)

Τ – время в юлианских столетиях, отсчитанное от момента 19000,12^h эфемеридного времени в Гринвиче

B – флуктуация колебания – отклонение долготы Луны, получаемой из сравнения ее наблюдаемых и эфемеридных положений.

Разность ∆Τ вначале ХХ столетия была близка к нулю, в 1956 +31,3с, 1966 +36,5с, 1976 +46,4с, 1982 +52с [3].

Литература:

1. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001;

2. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010;

3. http://lib.ssga.ru/fulltext/UMK/120101/9%20семестр/Физика%20Земли/120101%20Лекции%20Физика%20Земли%202011.pdf;

4. http://www.scienceforum.ru/2015/881/10873;

5. http://www.scienceforum.ru/2015/881/9647.

Код для цитирования: Скопировать