地球有時(shí)轉(zhuǎn)得快,有時(shí)轉(zhuǎn)得慢,但總體在“轉(zhuǎn)慢”。我國科學(xué)家在全球首次發(fā)現(xiàn),在6年周期振蕩信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“減速度”。
中科院測量與地球物理研究所與中科院上海天文臺(tái)專家合作進(jìn)行了這項(xiàng)研究,相關(guān)論文已在國際地學(xué)著名期刊《地球和行星科學(xué)通訊》上在線發(fā)表。
這個(gè)給地球“減速”的力量來自哪里?研究它又有什么意義?日前科技日報(bào)記者就這些問題,采訪了中科院測量與地球物理研究所的專家。
50年減少了0.05毫秒
以太陽為參照物,地球自轉(zhuǎn)一周則需要24小時(shí),即一天,天文學(xué)家們不稱其為“一天”,而叫“日長”。他們發(fā)現(xiàn),每日的“日長”并不是同樣長短,這說明地球自轉(zhuǎn)速率不是固定不變的,不同階段有快有慢。
中科院測量與地球物理研究所研究員劉根友介紹,作為一個(gè)天文學(xué)經(jīng)典課題,分析地球旋轉(zhuǎn)“快慢”,是為了解地球本身。正是地球內(nèi)核轉(zhuǎn)動(dòng),影響其自轉(zhuǎn)速度,專家們從結(jié)果到過程,去反推地球內(nèi)部物理現(xiàn)象和地球表面的物質(zhì)分布。
即使以年計(jì),這種變化可能是在毫秒級(jí),連“瞬間”都算不上,幾乎很難察覺,但在精密測量時(shí),這個(gè)量已經(jīng)很大了,0.1毫秒產(chǎn)生的位置誤差在赤道上可達(dá)0.5米,產(chǎn)生的無線電波測距誤差可達(dá)30公里。
劉根友說,針對國際機(jī)構(gòu)發(fā)布的長達(dá)50年的日長觀測數(shù)據(jù),中科院測地所團(tuán)隊(duì)通過頻譜分析發(fā)現(xiàn),存在一個(gè)振幅約0.12毫秒的6年周期變化,振幅在減小,1962—2012年總共減少了大約0.05毫秒。
衰減與地球內(nèi)部能量耗散有關(guān)
地球自轉(zhuǎn)速率(日長)的變化非常復(fù)雜,在時(shí)間尺度上,我們可將日長變化總體上分為季節(jié)變化、年際變化以及年代際變化。在更長的時(shí)間尺度上,例如,在世紀(jì)尺度、甚至數(shù)萬年尺度上,地球自轉(zhuǎn)速率的確存在長期非常緩慢的減少現(xiàn)象,其主要與地球表面的潮汐摩擦有關(guān)。
中科院測量與地球物理研究所段鵬碩博士介紹,6年信號(hào)的振幅變化特征及其物理激發(fā)機(jī)制問題,在國際上長期以來沒能得到很好的解答。目前國際上有人認(rèn)為6年周期剛好是太陽活動(dòng)周期的一半,試圖利用太陽活動(dòng)來解釋日長6年信號(hào),而我們發(fā)現(xiàn)日長6年信號(hào)也存在衰減現(xiàn)象,日長6年信號(hào)的衰減主要與地幔與液態(tài)外核邊界處存在的能量耗散效應(yīng)有關(guān)。
段鵬碩說,我們的研究表明日長6年信號(hào)與地球內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)存在本質(zhì)上的關(guān)聯(lián),它的變化直接反映地球內(nèi)核的動(dòng)力學(xué)信息。由于地球內(nèi)核遠(yuǎn)在數(shù)千公里深的地下,了解它的運(yùn)動(dòng)變化特征十分困難,然而,日長6年信號(hào)為我們打開了一扇直接了解內(nèi)核運(yùn)動(dòng)的窗口,因此研究它很有意義。
可定量推測地球深部磁場信息
“日長存在一個(gè)6年的周期變化,2000年最先被國外專家利用傳統(tǒng)小波時(shí)頻變換技術(shù)在日長的觀測數(shù)據(jù)中探測到;而我們利用標(biāo)準(zhǔn)小波變換方法首次探測到了日長6年信號(hào)的衰減現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)小波變換方法是基于傳統(tǒng)小波變換發(fā)展而來的?!?/p>
段鵬碩說,我們的工作表明日長6年信號(hào)本質(zhì)上是固體內(nèi)核的本征擺動(dòng),由于我們解釋日長6年信號(hào)及其衰減現(xiàn)象所用的模型是三層地球模型,理論模型結(jié)果與觀測結(jié)果的吻合進(jìn)一步表明了地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的確是三層結(jié)構(gòu),并且內(nèi)核與地幔之間的確存在很強(qiáng)的引力耦合作用,這對于了解內(nèi)—外核邊界、核幔邊界處的形狀信息、內(nèi)核密度和地幔密度信息等具有重要意義。
最為關(guān)鍵的是我國專家找到了表征日長6年信號(hào)衰減現(xiàn)象的品質(zhì)因子Q值與核幔邊界電磁信息之間的定量關(guān)系。通過對日長6年信號(hào)衰減現(xiàn)象的精確分析,可以直接定量推測地球深部(地幔—液態(tài)外核邊界)的磁場信息,這是一種新的定量估計(jì)地球內(nèi)部磁場的方法,這種方法是我國科學(xué)家在國際上首次提出的。
劉根友研究員說:“這與老百姓生活很遠(yuǎn),但人類必須了解我們生活的星球,這是永恒的研究課題。”
(本版圖片來源于網(wǎng)絡(luò))
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