Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Výzkumy v ASU AV ČR (185): Geomagnetické záškuby hrají důležitou roli v buzení volné nutace zemského jádra

Výzkumy v ASU AV ČR (185): Geomagnetické záškuby hrají důležitou roli v buzení volné nutace zemského jádra

Rotaci Země lze nejlépe zdokumentovat dlouhou expozicí hvězdné oblohy, kdy se pozice hvězd otáčením promění v úseku kružnic. Snímek snadno odhalí pozici pólu rotační osy. Kdybychom prováděli takové pozorování opravdu dlouhodobě, odhalili bychom i změnu pozice pólu.
Autor: (c) ESO

Osa zemského tělesa nesměřuje vůči vzdálenému referenčnímu systému ani vůči zemskému tělesu stále ve stejném směru. Vykonává množství pohybů. Některé z těchto pohybů jsou periodické, jiné ne. Jan Vondrák a Cyril Ron z ASU studovali důležitost vlivu některých excitačních mechanismů, které se na změně rotační osy podílejí.

Tak zvané precesně-nutační pohyby zemské osy jsou takové, které jsou vyvolány gravitačním působením okolních těles. Z podstaty věci lze tyto vlivy velmi dobře předpovědět na dlouhých časových škálách, neboť závisí jen na znalosti poloh těles ve Sluneční soustavě. A ty jsou známy s velmi dobrou přesností. Další skupiny pohybů se označují jako volná nutace jádra, která je důsledkem skutečnosti, že Země není pevné a neměnné těleso. Jednotlivé vnitřní vrstvy zemského tělesa se vůči sobě mohou pohybovat, svoji roli hrají i přesuny hmot ve vodním a vzdušném obalu. Ve všech případech jde o přesuny momentu hybnosti, které mohou vést ke změně pohybového stavu zemského tělesa nebo jejich částí, a to tak, aby se celkový moment hybnosti zachovával, jak velí fyzikální zákony.

A aby toho nebylo málo, má naše Země ještě navíc magnetické pole, které je zakořeněno v jejích hlubinách. Toto magnetické pole reaguje na vnější vlivy, zejména působení Slunce. Náhlé změny intensity geomagnetického pole (označují se jako geomagnetic jerks - geomagnetické záškuby) se projevují vlivem na moment hybnosti. Přesná fyzikální vazba mezi geomagnetosférou a polohou pólu však není doposud dobře vysvětlena.

Popis časového vývoje volné nutace jádra je složitější, což znesnadňuje i její předpověď. Přitom znalost polohy nebeského pólu, do níž vstupují jak precesně-nutační pohyby, tak i volná nutace jádra, je důležitá při přepočtu souřadnic nebeských objektů mezi pozemským a nebeským referenčním systémem. 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, neboť přesnost určování pozic těles na obloze se stále zlepšuje.

Jan Vondrák a Cyril Ron z Oddělení galaxií a planetárních systémů se popisu vývoje souřadnicových systémů zabývají již několik dekád. Zásadním způsobem se podílejí na vzniku oficiálně používaných výpočetních modelů, které vstupují do astrofyzikálních ale i praktických aplikací. Není proto divu, že své výpočty neustále konfrontují se stále narůstajícími měřeními pozice nebeského pólu a studují tak použitelnost používaných popisů.

Pohyb zemské rotační osy se matematicky modeluje řadou 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, charakterizované jejími parametry (hodnotou její periody a tzv. Q-faktoru, který charakterizuje rychlost tlumení amplitudy volného pohybu za předpokladu, že není dále excitován).  

V představované práci otestovali autoři model volné nutace jádra s využitím několika dostupných nezávislých datových řad měřících polohu nebeského pólu a sledovali, jak dobře matematický model reprezentuje jednotlivé datové řady, pokud v modelu „vypínají“ jednotlivé zdroje excitace (atmosféra, oceány, náhlé změny geomagnetického pole), považované za důležité pro buzení volné nutace jádra.

Kombinace různých pozorovacích řad a zdrojů excitace vedly k 46 modelům, jejichž spolehlivost bylo možné testovat statistickými metodami. Z výsledků vyplývá, že pokud se vezme v úvahu stejný excitační model, určené parametry modelu jsou v rámci intervalů nejistot shodné bez ohledu na pozorovací řadu, která je k jejich určení použita. To naznačuje solidní robustnost matematického aparátu, který za určováním modelových parametrů stojí.

Existující modely excitace způsobené přesuny mas v hydrosféře a atmosféře nejsou vzájemně konzistentní a jejich použití mění určené parametry modelu významně. Je ale nesmírně zajímavé, že nejlepší shody s pozorovacími daty bylo v testech dosaženo, pokud byly oceánské a atmosférické excitace vynechány, ale uvažovaly se pouze geomagnetické záškuby. Přitom odhadované amplitudy obou jevů jsou srovnatelné. Z analýzy tak nepřímo vyplývá, že geomagnetické záškuby způsobené nedobře popsanou vazbou geomagnetického pole a vnitřních vrstev zemského tělesa, jsou pro ovlivnění volné nutace zemského jádra důležitější, než dění v hydrosféře a atmosféře.

REFERENCE

J. Vondrák, J. a C. Ron, Period and Q-factor of free core nutation, based on different geophysical excitations and VLBI solutions, Acta Geodynamica et Geomaterialia 198 (2020) 207-215.

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

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



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: Pohyb zemského pólu, Rotace Země, Astronomický ústav AV ČR


21. vesmírný týden 2022

21. vesmírný týden 2022

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 23. 5. do 29. 5. 2022. Měsíc bude vidět mezi poslední čtvrtí a novem na ranní obloze. Přidá se tak k ranní přehlídce planet viditelných okem. Slunce pokračuje ve zvýšené aktivitě doprovázené zajímavými skvrnami. Kosmická loď Starliner konečně plní svou bezpilotní zkušební misi a úspěšně zakotvila u ISS. Solar Orbiter pořídil opravdu mimořádně detailní záběry Slunce. Před 60 lety se v lodi Mercury-Aurora 7 vydal na druhý balistický let Američan Malcolm Scott Carpenter.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Carina a sopka

Titul Česká astrofotografie měsíce za duben 2022 získal snímek „Carina a sopka“, jehož autorem je Lukáš Veselý Mlhovina Carina, sopečný ostrov La Palma i samotný kráter vulkánu Cumbre Vieja, to vše se vešlo vítězi dubnového kola soutěže Česká astrofotografie měsíce do jednoho fotografického

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Ranní Slunce

Skvrny vysoký kontrast ráno

Další informace »