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


20. vesmírný týden 2021

20. vesmírný týden 2021

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 17. 5. do 23. 5. 2021. Měsíc bude v první čtvrti. Večer je velmi nízko nad severozápadem Venuše a výše slábnoucí Merkur, který bude v pondělí v maximální elongaci. Nejvýše je večer Mars. Ráno jsou nad jihovýchodem Saturn a Jupiter. Aktivita Slunce je mírně zvýšená. Sledujeme průlet komety T2 Palomar kolem hvězdokupy M3. Čína zaznamenala na Marsu úspěšné dosednutí přistávacího modulu mise Tianwen-1. Kromě pravidelných startů družic Starlink můžeme zaznamenat také chystanou zásobovací misi k čínské orbitální stanici. Před šedesáti roky proletěla kolem Venuše jako mrtvé těleso sonda Veněra 1. Šlo o první průlet kolem jiné planety.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Rossete HST

Titul Česká astrofotografie měsíce za duben 2021 obdržel snímek   „Rosetta HST“, jehož autorem je Peter Jurista ze Slovenska     Dubnové kolo soutěže „Česká astrofotografie měsíce“ je za námi. A my tu máme další její vítěznou fotografii. Čeká nás tedy snímek mlhoviny

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Srpek měsíce

Srpek měsíce starý zhruba 3 dny.

Další informace »