تیمی از دانشمندان ناسا در مطالعهای تازه هشدار دادهاند که مرکز جرم زمین ثابت نیست و در طول سال چند میلیمتر جابهجا میشود. این جابهجایی که ناشی از حرکت عظیم تودههای آب، یخ و هواست، اگرچه در مقیاس سیارهای کوچک به نظر میرسد، اما برای دنیای وابسته به موقعیتیابی فوقدقیق، اهمیتی حیاتی دارد.
چرا مرکز جرم زمین حرکت میکند؟
بر اساس اعلام پژوهشگران آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL) ناسا، حجم عظیمی از آب، برف، یخ و حتی تودههای هوا در طول سال میان مناطق مختلف زمین جابهجا میشود. ذوب برفهای زمستانی، بارشهای سنگین فصلی، تغییرات فشار جو و نوسانات اقیانوسی، توزیع جرم در سطح سیاره را دائماً تغییر میدهند.
نتیجه این جابهجایی عظیم، لغزش مرکز جرم زمین نسبت به مرکز هندسی آن است. فلیکس لندرر، پژوهشگر JPL و از نویسندگان این مطالعه تأکید کرده است: «اگرچه این حرکات ممکن است ناچیز به نظر برسند، اما دنیای مدرن ما به شدت به اندازهگیریهای موقعیتیابی با دقت بسیار بالا وابسته است.»
از ماهوارههای نقشهبرداری و مخابراتی گرفته تا سامانههای مسیریابی خودروها و هواپیماها، همه به محاسبه دقیق موقعیت و چرخش زمین وابستهاند و حتی خطایی در حد میلیمتر میتواند در محاسبات تودهای، خطا ایجاد کند.
روش جدید ناسا برای ردیابی مرکز جرم
این یافتهها در قالب پژوهشی به سرپرستی دونالد آرگوس، پژوهشگر ارشد ناسا، در نشریه Geophysical Journal International منتشر شده است. تیم او برای نخستینبار روشی ترکیبی را برای پایش دقیق حرکت مرکز جرم ابداع کرده که سه دسته داده را همزمان به کار میگیرد:
- دادههای سامانه موقعیتیاب جهانی (GPS) از شبکه جهانی گیرندههای زمینی
- اطلاعات ماهوارههای ژئودزی و سنجش جاذبه
- دادههای ماهوارههای مستقر در مدار پایین زمین (LEO)
ترکیب این منابع به دانشمندان اجازه داده است تا با دقتی بیسابقه، نوسان سالانه مرکز جرم را ردیابی و الگوی فصلی آن را مدلسازی کنند.
نوسان فصلی؛ از برف سیبری تا باران آمازون
نتایج این پژوهش نشان میدهد حرکت مرکز جرم زمین یک الگوی فصلی منظم دارد که مستقیماً با چرخه آب و یخ مرتبط است:
فروردین (مارس): با انباشت گسترده برف زمستانی در سراسر آمریکای شمالی و اوراسیا، مرکز جرم حدود ۳ میلیمتر به سمت قطب شمال کشیده میشود.
اردیبهشت (آوریل): با رسیدن حجم آب حوضه آمازون به اوج سالانه خود ــ حدود ۲۴۰۰ گیگاتن ــ مرکز جرم نزدیک به ۲.۲ میلیمتر به سمت آمریکای جنوبی جابهجا میگردد.
آبان (نوامبر): بارشهای موسمی در جنوب شرق آسیا که حجم آبی نزدیک به ۶۰۰ گیگاتن را جابهجا میکند، سهم کوچکتر اما قابل اندازهگیری در این نوسان سالانه دارد.
این چرخه رفتوبرگشتی هر سال تکرار میشود و مرکز جرم را در یک محدوده چند میلیمتری به حرکت در میآورد.
چرا چند میلیمتر برای GPS حیاتی است؟
سامانههای ناوبری ماهوارهای بر پایه محاسبه فاصله دقیق ماهواره تا گیرنده زمینی و دانستن موقعیت دقیق مرکز زمین کار میکنند. اگر مبدأ مختصات ــ یعنی مرکز جرم ــ حتی چند میلیمتر جابهجا شود و این جابهجایی در مدلها اصلاح نشود، خطا در تعیین مدار ماهوارهها، ارتفاعسنجی، نقشهبرداری ژئودتیک و حتی اندازهگیری سطح دریاها انباشته خواهد شد.
به همین دلیل، مراکز تحلیل مدار و ژئودزی بینالمللی به طور مداوم مدلهای مرجع زمین را بهروزرسانی میکنند تا این نوسانات طبیعی را لحاظ کنند.
بازنگری در برآوردها؛ نوسان کوچکتر از تصور قبلی
یکی از نکات مهم این مطالعه، اصلاح برآوردهای پیشین است. به گفته آرگوس، دامنه حرکت سالانه مرکز جرم تقریباً نصف مقداری است که هشت سال پیش تصور میشد. این بدان معناست که مدلهای قبلی، شدت جابهجایی را بیش از حد برآورد کرده بودند و اکنون با دادههای ترکیبی جدید، تصویر دقیقتری از رفتار زمین به دست آمده است.
از مرکز جرم تا جابهجایی قطب شمال
اثر جابهجایی جرم تنها به مرکز ثقل محدود نمیشود. پژوهش نشان میدهد که موقعیت قطب شمال جغرافیایی نیز به دلیل همین تغییرات ــ به ویژه ذوب صفحات یخی گرینلند و قطب جنوب و عقبنشینی یخچالهای طبیعی ــ به تدریج در حال حرکت است.
بر اساس سناریوهای ارائهشده در این مطالعه، در صورت ادامه روند فعلی ذوب یخها و انتشار گازهای گلخانهای، قطبها ممکن است تا سال ۲۱۰۰ حدود ۲۷ متر جابهجا شوند. اما اگر انتشار گازهای گلخانهای به طور جدی مهار شود، این جابهجایی میتواند به حدود ۱۲ متر محدود بماند.
این اعداد نشان میدهد که تغییرات اقلیمی نه تنها سطح دریا و دما، بلکه هندسه و محور چرخش سیاره را نیز دستخوش تغییر میکند.
اهمیت یافتهها برای آینده ناوبری و نقشهبرداری
نویسندگان این پژوهش تأکید میکنند که زمین سامانهای پویا و حساس به توزیع آب، یخ و هواست. نادیده گرفتن جابهجاییهای چند میلیمتری مرکز جرم میتواند در بلندمدت دقت کاربردهای حساس مانند ناوبری خودران، فرود دقیق ماهوارهها، پایش فرونشست زمین و پیشبینیهای اقلیمی را کاهش دهد.
یافتههای جدید ناسا ضرورت بهروزرسانی مداوم چارچوبهای مرجع زمین و لحاظ کردن چرخههای فصلی جرم را در سامانههای تعیین موقعیت یادآوری میکند؛ موضوعی که با تشدید تغییرات اقلیمی و ذوب سریعتر یخها، در دهههای آینده اهمیت دوچندانی خواهد یافت.
نظرات (0)