НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ Зимина Д.А., Андреева Н.В

НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ
Зимина Д.А., Андреева Н.В.
БГТУимениВ.Г. Шухова
Белгород, Россия
THE UNEVEN ROTATION OF THE EARTH
Zimina D.A.,AndreevaN.V.
BSTU behalf V.G.Shukhov
Belgorod, Russia
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.
2.
Сезонные колебания представлены 2 волнами –с годичным и полугодичным
периодом.
Отклонение продолжительности суток от средней за год представляется равенство
= 0. 49 ∗ 10 sin 2 + 0.22 − 0. 30 ∗ 10 sin 4 − 0.5
(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 < МЗ(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.
∆ = +24. 349 + 72. 318 ∗ + 29. 950 ∗ + 1.821 ∗ !
(3)
h
Τ – время в юлианских столетиях, отсчитанное от момента 19000,12 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%20Ле
кции%20Физика%20Земли%202011.pdf;
4.
http://www.scienceforum.ru/2015/881/10873;
5.
http://www.scienceforum.ru/2015/881/9647.