Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země

Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země

(Popiska obrázku v závěru článku) Autor: Astronomický ústav AV ČR
(Popiska obrázku v závěru článku)
Autor: Astronomický ústav AV ČR
Střídání dne a noci na Zemi je způsobeno víceméně pravidelným otáčením planety kolem její osy. Poloha zemské rotační osy je v kosmickém prostoru na první pohled stálá, míří do směru, kde se nachází na hvězdné obloze Polárka – také proto se na Zemi střídají roční období. Avšak při bližším výzkumu je zřejmé, že tato stálost je více než iluzorní. Zemská rotační osa ve skutečnosti vykonává mnoho pohybů, které jsou cílem výzkumu Jan Vondráka z AsÚ a jeho kolegů. Jejich poslední práce ukazuje, že na okamžitou polohu zemské osy mají vliv, kromě pohybů a změn v atmosféře a oceánech, také tzv. geomagnetické záškuby.

K dalším známým pohybům, kterým zemská osa podléhá, patří precese. Precese je především důsledkem vlivu gravitačního pole Měsíce a částečně též Slunce na Zemi otáčející se podél skloněné osy. Díky sklonu působí na zemské těleso dvojice sil, které dají osu do pomalého pohybu po plášti kužele. Takové chování znají již malé děti – roztočí-li „káču“, i její rotační osa začne precedovat v případě, že poloha rotační osy vůči podložce není přesně kolmá. Na Zemi má precesní pohyb periodu asi 26 000 let.

Zemská osa však podléhá i dalším pohybů. Ty kvaziperiodické (hlavními původci jsou Měsíc, Slunce a také ostatní planety) se označují souhrnným názvem nutace. Mnohé jsou pouhým důsledkem zákona zachování momentu hybnosti, který platí pro vázané soustavy. Na Zemi vyvolávají větry nebo přesuny hmot v atmosféře i oceánech změny momentu hybnosti těchto obalů. Ty se nutně odrazí ve změně momentu hybnosti rotující planety tak, aby byl celkový moment hybnosti zachován.

V dnešní době jsou k dispozici modely popisující přesun vzdušných i oceánských hmot i změny tlaku s dostatečným časovým rozlišením – po šesti hodinách. Tyto modely jsou dílem agentur financovaných z veřejných rozpočtů. Jeden model poskytuje americké Národní centrum atmosférického výzkumu (NCAR -- National Center for Atmospheric Research), další dva modely pak Evropské centrum pro střednědobé předpovědi počasí (ECMWF -- European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). Tyto modely se však vzájemně liší a cílem Jana Vondráka a Cyrila Rona bylo jejich porovnání z hlediska dopadů na měřené pohyby zemské osy.

Poloha zemské osy je dlouhodobě sledována vůči referenčnímu systému vzdálených pulsarů, a to pomocí rádiové interferometrie na dlouhé základně. I změny pozice rotační osy jsou modelovány se zahrnutím všech důležitých procesů (modely IAU 2000 pro nutaci a IAU 2006 pro precesi), avšak měřená poloha rotačního pólu se od té modelové systematicky liší. Rozkmit těchto odchylek má amplitudu menší nežli půl úhlové milivteřiny, což v lineární míře znamená asi 1,5 cm na zemském povrchu. Za tyto změny by mohla být odpovědná právě atmosféra a světový oceán.

J. Vondrák a C. Ron tedy porovnávali měřené odchylky polohy nebeského pólu od jeho modelu (měření filtrovali tak, že připustili pouze pohyby s periodami 60 až 6000 dní, kratší periody mají charakter šumu a delší periody byly naopak mimo oblast jejich zájmu) s předpovědí excitačních členů spojených s atmosférickými a oceánickými modely, které zahrnují jak přesuny hmot, tak mapy proudění (větrů).

Nejprve porovnali frekvenční spektra jednotlivých datových řad a dospěli k závěru, že jednotlivé nalezené periody v modelech excitačních členů jsou v dobrém souladu s periodami odhalenými v odchylkách nebeského rotačního pólu. Dominantní frekvencí je 430 dní retrográdního pohybu (tedy proti směru rotace), který zřejmě souvisí s tzv. volnou nutací zemského jádra. Již pohled na frekvenční spektra jednotlivých modelů však odhalil, že dva evropské modely mají mnohem větší amplitudy jednotlivých frekvencí, a to jak v porovnání s reálnými měřeními odchylek nebeského pólu, tak v porovnání s americkým modelem.

Tento dojem byl ještě zdůrazněn, když se autoři rozhodli porovnat obě datové řady přímo, tedy integrací rovnice popisující pohyb pólu v reakci na excitační členy. Kromě již zmíněných problému s amplitudami evropských modelů však narazili na další obtíž – na geomagnetické záškuby (angl. geomagnetic jerk). Jde o náhlé změny magnetického pole Země, o nichž se vědci domnívají, že jsou nejspíše důsledkem náhlých změn v charakteru konvektivního proudění v tekutém vnějším jádře Země. I když jsou geomagnetické záškuby stále předmětem aktivního výzkumu, vzhledem k popsanému se tento jev projevuje i na okamžité pozici zemské rotační osy. Ukazuje se, že pro numerické integrace jsou tyto události zásadní.

J. Vondrák a C. Ron tedy vždy v okamžiku geomagnetického záškubu, které jsou známy z literatury, integraci rovnice přerušili a v epochách 100 dní po záškubu začali znovu, s novými počátečními podmínami. Shoda mezi integrovaným modelem a reálnými pozorováními se tak výrazně zlepšila. Stále však platí, že americký model dává shodu lepší než modely evropské.


Poznámka k obrázku v úvodu článku: Porovnání skutečných odchylek nebeského pólu od modelové pozice s odchylkami vypočtenými na základě znalosti přenosů momentu hybnosti atmosférou a oceánem (vždy dvě komponenty pohybu). Tato porovnání byla provedena pro tři modely, americký (nahoře) a dva evropské (uprostřed a dole). Červenými šipkami jsou vyznačeny okamžiky geomagnetických záškubů, při nichž byla integrace příspěvků modelů přerušena a obnovena s novými počátečními podmínkami. Dobře je patrná obecná shoda modelů se skutečnou polohou, pouze evropské modely předpovídají podstatně větší výchylky.


Reference: Vondrák., J. a Ron, C., Geophysical excitation of nutation – Comparison of different models, Acta Geodyn. Geomater. 11/3 (2014) 193-200

http://www.irsm.cas.cz/materialy/acta_content/2014_doi/Vondrak_AGG_2014_0007.pdf

Kontakt: Ing. Jan Vondrák, DrSc., dr. h. c., vondrak@ig.cas.cz

Převzato z webu Astronomického ústavu AV ČR.




Seriál

  1. Na čem se pracuje v Ondřejově (1): Objev prvních B[e] nadobrů v Galaxii v Andromedě
  2. Na čem se pracuje v Ondřejově (2): Meteority Příbram a Neuschwanstein nedoprovázejí malá tělesa
  3. Na čem se pracuje v Ondřejově (3): Cesta k seismologii slunečních protuberancí
  4. Na čem se pracuje v Ondřejově (4): Předpověď slupky v galaxii NGC3923: cesta k ověření alternativní teorie gravitace?
  5. Na čem se pracuje v Ondřejově (5): Zašpinění bílí trpaslíci s magnetickým polem
  6. Na čem se pracuje v Ondřejově (6): Proudění plazmatu kolem slunečních skvrn
  7. Výzkumy na AsÚ AV ČR (7): SPLAT - mocný nástroj pro zobrazení a jednoduchou analýzu spekter
  8. Výzkumy na AsÚ AV ČR (8): Druhotná tvorba hvězd ve vznikajících galaxiích a hmotných hvězdokupách
  9. Výzkumy na AsÚ AV ČR (9): Hvězda v prachové obálce v okolí černé veledíry
  10. Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole
  11. Výzkumy na AsÚ AV ČR (11): Komplikovaná rotace planetky Apophis ovlivňuje její let Sluneční soustavou
  12. Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce
  13. Výzkumy na AsÚ AV ČR (13): Chladný plyn v mezigalaktickém prostoru vytržen z galaxie ESO 137-001
  14. Výzkumy v AsÚ AV ČR (14): Bílá erupce pozorovaná spektrografem IRIS
  15. Výzkumy v AsÚ AV ČR (15): Be hvězda v těsné dvojhvězdě s horkým podtrpaslíkem
  16. Výzkumy v AsÚ AV ČR (16): Vliv rotačního směšování a metalicity na ztrátu hmoty hvězdným větrem
  17. Výzkumy v AsÚ AV ČR (17): Osiřelé penumbry jako testovací materiál pro teorii slunečních skvrn
  18. Výzkumy v AsÚ AV ČR (18): Detailní modely gravitačního pole Země
  19. Výzkumy v AsÚ AV ČR (19): Nejpřesněji určené parametry binární planetky
  20. Výzkumy v AsÚ AV ČR (20): Jasná Perseida s neobvykle vysokou počáteční výškou
  21. Výzkumy v AsÚ AV ČR (21): Prostorové mapování galaktického centra pomocí rentgenové polarimetrie
  22. Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země
  23. Výzkumy v AsÚ AV ČR (23): Analytický model Birkelandových proudů
  24. Výzkumy v AsÚ AV ČR (24): Ověřování zákrytového modelu proměnných aktivních galaktických jader
  25. Výzkumy v AsÚ AV ČR (25): Urychlování elektronových svazků ve slunečních erupcích
  26. Výzkumy v AsÚ AV ČR (26): Jak rotují kometární meteoroidy?
  27. Výzkumy v AsÚ AV ČR (27): Odhalovaná tajemství hvězdy se závojem
  28. Výzkumy v AsÚ AV ČR (28): Hvězdný vítr v dvojhvězdě s kompaktní složkou
  29. Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi
  30. Výzkumy v AsÚ AV ČR (30): Jak souvisejí astrosféry a astroohony s urychlováním částic kosmického záření?
  31. Výzkumy v AsÚ AV ČR (31): Dlouhodobé změny aktivity kataklyzmické proměnné V1223 Sgr
  32. Výzkumy v AsÚ AV ČR (32): Upřesnění základních parametrů planetky Apophis
  33. Výzkumy v AsÚ AV ČR (33): Možnosti měření magnetických polí ve sluneční chromosféře, přechodové oblasti a koróně
  34. Výzkumy v AsÚ AV ČR (34): Oblak G2 přežil průlet kolem centra Galaxie a je zřejmě mladou hvězdou
  35. Výzkumy v AsÚ AV ČR (35): Mateřské těleso meteoritu Čeljabinsk opět neznámé
  36. Výzkumy v AsÚ AV ČR (36): Nové dvojhvězdy s horkou podtrpasličí hvězdou a vlastnosti této populace hvězd
  37. Výzkumy v AsÚ AV ČR (37): Rekonstrukce vzhledu aktivního galaktického jádra
  38. Výzkumy v AsÚ AV ČR (38): Simulace chování astrofyzikálního plazmatu v extrémních podmínkách
  39. Výzkumy v AsÚ AV ČR (39): Drakonidy 2011 z letadla
  40. Výzkumy v AsÚ AV ČR (40): Kapitoly v učebnici Asteroids IV i od pracovníků AsÚ
  41. Výzkumy v AsÚ AV ČR (41): Balíček programů pro analýzu nemaxwellovských rozdělovacích funkcí částic ve sluneční atmosféře
  42. Výzkumy v AsÚ AV ČR (42): Tajemná povaha rentgenového zdroje Her X-1
  43. Výzkumy v ASU AV ČR (43): Vznik penumbry sluneční skvrny v přímém přenosu
  44. Výzkumy v ASU AV ČR (44): Rekurentní novy v galaxii M 31
  45. Výzkumy v ASU AV ČR (45): Možná naleziště ropy v Perském zálivu z gravitačních modelů
  46. Výzkumy v ASU AV ČR (46): Mohou být hvězdné pulsace zdrojem proměnnosti hvězdného větru?
  47. Výzkumy v ASU AV ČR (47): O původu meteorického roje Kvadrantid
  48. Výzkumy v ASU AV ČR (48): ALMA bude pozorovat i Slunce
  49. Výzkumy v ASU AV ČR (49): Vliv rentgenového záření na charakter hvězdných větrů v dvojhvězdách s hmotnou komponentou
  50. Výzkumy v ASU AV ČR (50): Turbulence plazmatu a kinetické nestability v expandujícím slunečním větru
  51. Výzkumy v ASU AV ČR (51): Vzhled rázové vlny hvězdy při průletu kolem centra Galaxie
  52. Výzkumy v ASU AV ČR (52): Mění srážky tvar planetek?
  53. Výzkumy v ASU AV ČR (53): Udržely póry sluneční cyklus v době Maunderova minima?
  54. Výzkumy v ASU AV ČR (54): Supererupce na hvězdě DG CVn
  55. Výzkumy v ASU AV ČR (55): Souvislost oblaků CO s obálkami HI v Mléčné dráze
  56. Výzkumy v ASU AV ČR (56): Nárůst kontinua ve slunečních erupcích – nové možnosti jejich předpovědí?
  57. Výzkumy v ASU AV ČR (57): Katalog videí dokumentujících pád bolidu Čeljabinsk
  58. Výzkumy v ASU AV ČR (58): Tisícileté cykly střední výšky světového oceánu
  59. Výzkumy v ASU AV ČR (59): Model expanze oblaků ve slunečním větru
  60. Výzkumy v ASU AV ČR (60): Detekce dopadů zemských miniměsíců
  61. Výzkumy v ASU AV ČR (61): Lze ze spektra aktivního galaktického jádra usoudit na povahu jeho zdroje?
  62. Výzkumy v ASU AV ČR (62): Lze pozorovat ohřev koróny nanoerupcemi?
  63. Výzkumy v ASU AV ČR (63): Neobvyklá rotace trpasličí galaxie je důsledkem nedávné srážky
  64. Výzkumy v ASU AV ČR (64): Přímé pozorování klouzavé rekonexe dalekohledem GREGOR
  65. Výzkumy v ASU AV ČR (65): Složky těsné vizuální dvojhvězdy 1 Del rozlišeny spektroskopicky
  66. Výzkumy v ASU AV ČR (66): Příčky v galaxiích jako důsledek vzájemného slapového působení
  67. Výzkumy v ASU AV ČR (67): Neobvyklé chemické složení zašpiněného bílého trpaslíka
  68. Výzkumy v ASU AV ČR (68): Hustota průmětů drah umělých družic Země na zemském povrchu a přesnost parametrů gravitačního pole Země
  69. Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích
  70. Výzkumy v ASU AV ČR (70): Útok létajících hadů - mohou vodíkové proudy fragmentovat na izolované oblaky vodíku?
  71. Výzkumy v ASU AV ČR (71): Vlastnosti satelitů planetek
  72. Výzkumy v ASU AV ČR (72): Rentgenová aktivita polaru AM Herculis
  73. Výzkumy v ASU AV ČR (73): Analýza spektra bolidu Benešov
  74. Výzkumy v ASU AV ČR (74): Když gravitační síla soupeří s elektromagnetickou – Elektricky nabitá látka v okolí zmagnetizované černé díry
  75. Výzkumy v ASU AV ČR (75): Co nám říkají erupce A hvězd o korónách G hvězd?
  76. Výzkumy v ASU AV ČR (76): Deset let optických dosvitů gama záblesků dalekohledy BOOTES
  77. Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?


O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Rotační osa


49. vesmírný týden 2016

49. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 5. 12. do 11. 12. 2016. Měsíc bude v první čvrti, uvidíme Lunar X? Večer je krásně vidět Venuše na jihozápadě. Mars je výše a skoro nad jihem. Ráno je pěkně viditelný Jupiter. Slunce se po krátkém zvýšení aktivity opět uklidnilo. Poté, co došlo k selhání horního stupně rakety Sojuz, zřítila se nad Ruskem nákladní loď Progress, původně určená k zásobování ISS. Pokud se v tomto týdnu povede start japonské zásobovací lodi HTV, bude to pro osazenstvo stanice úplně v pohodě. Kromě tohoto startu se očekávají ještě další čtyři.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Planety

Hvězdy bloudivé, oběžnice, planety. Několik pojmenování téhož. Ostatně i řecké πλανήτης, neboli planétés, znamená vlastně „tulák“. Pro mnoho z nás obíhá kolem Slunce planet devět. Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a Pluto. Ovšem od roku 2006, od valného shromáždění

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Za súmraku

Vrch Ostrá 1247mnm. Počas astronomického súmraku ešte posledné slnečné svetlo osvetľovalo horizont. Na fotke je vidieť Mesiac, Mars, Venušu a Mliečnu cestu.

Další informace »