Центр масс Земли ежегодно смещается на несколько миллиметров из-за перемещения воды, льда и воздуха по поверхности планеты. Учёные Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии разработали новый способ точнее измерять эти сезонные изменения. Результаты исследования опубликованы в Geophysical Journal International, о чём сообщило издание ScienceDaily.
Положение центра масс важно для спутниковой навигации и измерений высоты земной поверхности. Если бы Земля была полностью твёрдым шаром, центр масс совпадал бы с геометрическим центром. Однако сезонное накопление снега, движение океанской воды и изменение плотности атмосферы заставляют его перемещаться относительно этой точки.
Оценить масштаб движения непросто. Международные расчёты 2017 и 2023 годов разошлись на 0,27 дюйма, или 7 миллиметров, что почти сопоставимо с величиной самого смещения. Геофизик NASA Дональд Аргус возглавил разработку метода, который объединяет лазерные измерения, данные GPS и сведения о движении спутников на низкой околоземной орбите.
Для определения центра масс специалисты используют спутники LAGEOS 1 и 2, запущенные в 1976 и 1992 годах. Эти аппараты массой 408 килограммов покрыты отражающими призмами, а наземные станции более чем в 20 странах направляют к ним лазерные импульсы. Новая методика также учитывает деформацию земной коры: перемещение воды и льда немного меняет положение самих станций.
«Теперь мы оцениваем ежегодное перемещение центра масс Земли примерно в половину того размера, который считали восемь лет назад», — сказал Аргус. По его словам, масса воды и воздуха, перемещающихся между полушариями, оказалась меньше прежних оценок. Соавтор работы Феликс Ландерер отметил, что точное понимание таких изменений помогает совершенствовать системы отсчёта для картографии и навигации, включая морскую логистику и точное земледелие.
На сезонный цикл влияют океаны, атмосфера и континентальная вода, куда входят ледники, снег, озёра, реки, почвенная и подземная вода. В марте снег в Северной Америке и Евразии смещает центр масс примерно на 3 миллиметра к Северному полюсу. В апреле бассейн Амазонки содержит около 2400 гигатонн дождевой воды, из-за чего центр масс перемещается на 2,2 миллиметра в сторону Южной Америки, а в ноябре максимум муссонной воды в Юго-Восточной Азии достигает 600 гигатонн.
С августа по октябрь талая вода и осадки увеличивают массу океанов и смещают центр масс к южной части Тихого океана. Из-за огромных размеров Тихого океана его изменения могут превосходить вклад других морских бассейнов, хотя меньшие эффекты дают Средиземное, Красное, Северное, Балтийское и Баренцево моря. Модель Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды показала также, что около 21 декабря плотный холодный воздух смещает баланс к Аравии, Азии и северу Африки, а примерно 21 июня аналогичный эффект наблюдается над Южной Америкой и Южной Африкой.
Полученные оценки согласуются с данными миссии GRACE-FO — пары спутников, запущенных в 2018 году для ежемесячного измерения изменений гравитационного поля Земли. Аппараты летят в точном строю: когда ведущий спутник проходит над областью с повышенной массой, например наполненным водой речным бассейном, сила притяжения немного меняет расстояние между ними. Миссия является совместным проектом NASA и Германского научно-исследовательского центра геонаук, а запуск следующего аппарата GRACE-C запланирован на конец 2028 года для продолжения почти 25-летнего ряда наблюдений.