Výzkumy v ASU AV ČR (118): Nová metoda určení parametrů volné nutace zemského jádra

Za jednu ze skupin pohybů, které zemská osa vykonává, je odpovědné gravitační působení okolních těles. V astronomické terminologii se takové pohyby označují jako precesně-nutační. Obvykle jde o dlouhodobé změny a při znalosti rozložení těles ve Sluneční soustavě ji lze velmi dobře předpovědět. Na stranu druhou, volná nutace jádra, je na popis a tedy i předpověď složitější. Tento pohyb je vyvolán jednak mírně odlišnou orientací rotační osy jádra a pláště, zploštěním jádra a také elektromagnetickou vazbou na hranici jádra a pláště, která není dobře vysvětlena.

Znalost precesně-nutačních pohybů, ale i volné nutace jádra jsou důležitými při přepočtu souřadnic nebeských objektů mezi pozemským a nebeským referenčním systémem. Tato potřeba nabývá na důležitosti zejména nyní, s provozem astrometrické observatoře Gaia, která poskytuje nejpřesnější nebeské souřadnice kosmických objektů. I drobné nepřesnosti ve znalosti pozice rotační osy Země vůči tomuto systému se tedy projeví v nepřesných souřadnicích objektů při pohledu ze Země. Pro některé astrofyzikální aplikace již tento rozdíl může být klíčový.

Pohyby zemské rotační osy jsou již tradičně popisovány pomocí sumy jednotlivých periodických členů, které jsou důsledkem opakujícího se silového působení Měsíce, Slunce a planet. Pro matematický model je třeba pro každý člen určit délku jeho periody a amplitudu. Změna polohy zemské osy v prostoru je také ovlivněna vnějším vybuzením (excitací) geofyzikálního původu, které, pokud se pravidelně opakuje, vede k cyklickému chování. Největší neznámou je právě popis a předpověď volné nutace zemského jádra, tedy hodnoty její periody a tzv. Q-faktoru, který charakterizuje rychlost tlumení amplitudy volného pohybu za předpokladu, že není excitován.

Tato dvě čísla byla v minulosti určována dvěma metodami. Jednak přímo, a to analýzou spektra měřených odchylek pozice nebeského pólu, nebo nepřímo, prostřednictvím rezonancí v matematickém modelu nutace členů o periodách blízkých volné nutaci jádra. Autoři představovaného článku vyvinuli metodu novou, která v sobě spojuje výhody obou popsaných.

Do modelu navíc ve srovnání s předchozími pracemi jiných autorů ještě přidali vliv tzv. geomagnetických záškubů, náhlých změn pozice zemské osy, které jsou důsledkem elektromagnetické vazby na hranici jádra a pláště a nejspíše jsou spojeny s událostmi ve sluneční aktivitě. Autoři ukazují, že zahrnutí geomagnetických záškubů výrazně vylepšuje shodu použitého modelu s měřenými pozicemi zemského pólu.

Z práce publikované v Astronomy&Astrophysics vyplývá, že hybridní model Vondráka a Rona je lepší v popisu parametrů volné nutace jádra než modely konkurenční. Zjištěná perioda volné nutace je 430,28±0,04 dne retrográdně s Q-faktorem 19500±200. Ve srovnání s předchozími pracemi se podařilo chybové úsečky hodnot zmenšit na méně než polovinu.

Tato práce je příspěvkem autorů k činnosti Komise A2 Mezinárodní astronomické unie, v níž si pracovní skupina zabývající se teorií rotace Země klade za cíl vylepšit precesně-nutační modely, nutné k přesnému převodu souřadnic mezi jednotlivými systémy.

REFERENCE

Vondrák, J., Ron, C., New method for determining free core nutation parameters, considering geophysical effects, Astronomy&Astrophysics 604 (2017) A56

KONTAKT

Ing. Jan Vondrák, DrSc., dr. h. c.
jan.vondrak@asu.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.