Zeměpisné póly nejsou na svých místech!

11. listopad 2009 | 06.00 |

polPokud se nějakým způsobem dostanete na severní nebo jižní zeměpisný pól a budete tam třeba chtít upevnit vlajku přesně do místa, kde osa Země protíná zemský povrch, tak s tím budete mít problém. Nemyslím tím, jak vlajku zapíchnout do ledu, ale kam přesně ji zarazit. Museli byste provádět poměrně složité výpočty jak zjistit, kde se právě onen pól přesně nachází. Zemská osa a tedy zemské póly totiž po povrchu naší planety jakoby cestují.

Kolem roku 1765  švýcarský matematik Leonhardt Euler během zkoumání dynamiky rotujících tekutých těles  odvodil rovnice, které předpokládaly, že Země by mohla mít malé kolísání kolem své rotační osy. Takovýto pohyb, zvaný volná nutace, by na Zemi vyvolával periodické změny astronomických šířek. Očekával periodu desetiměsíční. Během století se pozorováním nic nepotvrdilo.V roce 1888 německý astronom Friedrich Küstner (1888) publikoval výsledky svého zkoumání aberační konstanty. Analýza naznačila změnu zeměpisné šířky Berlínské observatoře. Přesvědčil tak Mezinárodní geodetickou asociaci, aby organizovala pozorovací kampaň.

Seth Carlo Chandler, Jr měl pouze středoškolské vzdělání a žádné teoretické základy astronomie nebo fyziky. Byl však talentovaný pozorovatel a mimořádně pilný počtář. Své výsledky okamžitě publikoval bez ohledu na rozpory s tehdy uznávanými teoriemi. Jako zástupce vydavatele časopisu Astronomical Journal měl dost příležitostí. Chandler přezkoušel pozorování almukantaratem, jakož i novější výsledky z Berlína, Prahy, Potsdamu a Pulkova, a došel k periodické změně 0,7 obloukových sekund s periodou 427 dní, tedy přibližně 14 měsíců. 40 % rozdílu mezi 305 dny podle teorie a 427 dny z pozorování rychle vysvětlil Simon Newcomb jako důsledek tekutosti oceánů a elasticity Země.

Ve vědecké komunitě došlo k jistým rozporům kdo vlastně pohyb pólů objevil. Küstner nebo Chander? Tato otázka je v podstatě otevřená dodnes. Když však Královská astronomická společnost v Londýně udělila Chandlerovi zlatou medaili, zmínila se zvláště o zásluhách Küstnerově přínosu. Nicméně termín Chandlerův pohyb se užívá všeobecně.

Chandler pak pokračoval analýzou historických pozorování a v roce 1892 podal zprávu, že se patrně perioda pohybu pozměnila, z 12 měsíců na 14 během minulého století. Newcomb zareagoval: "Nyní vzniká otázka, jak dalece jsme oprávněni předpokládat, že perioda musí být proměnná. Mou odpovědí je, že mimo poruchy je jakákoliv variace v rozporu se zákony dynamiky, a tudíž máme právo ji považovat za nemožnou." Chandler své rozbory obhajoval a argumentoval možnou další změnou teorie. Bez ohledu na teoretiky pokračoval a brzy zahrnul do svého modelu i sekulární variaci a dvě periodické složky 427 dnů a 365 dnů. Věnoval intenzívně opětnému zpracování starých pozorování, například britských astronomů Samuela Molyneuxe a Jamese Bradleye. Stanovil změnu pólů pro období od 1726 do 1731. Dokonce píše, že Bradley byl velmi blízko objevu pohybu pólu. Totéž nesmrtelné dílo nám dalo objev aberace a nutace.

Chandler spojil při analýze historických pozorování 37 kratších řad z různých observatoří a získal téměř spojitou řadu počínající rokem 1820. Přitom docházel k názoru, že čtrnáctiměsíční složka není jednofrekvenční oscilací, ale je soustavou zahrnující dvě nebo více složek. V roce 1901 ohlásil objev 436 denní složky, podstatně menší než 428 denní, ale jejíž reálnost byla bezpochybná. Chandler dokonce předpovídal, že brzy budeme mít ověření zákona, umožňujícího zkrátit periodu na minimum 415 dní.

Poloha pólů se měřila v minulosti technikami optické astrometrie, protože změna polohy pólů jak ve vlastním zemském tělese vůči povrchu Země tak vůči hvězdám se  projevuje ve změnách zeměpisné šířky a délky zeměpisné stanice. Takže už někdy od konce 19. století existovala tzv. Mezinárodní šířková služba, která se pak přeorganizovala na Mezinárodní službu pohybu pólů a pak na dnešní název Mezinárodní služba rotace Země a referenčních systémů. Techniky  měření se rovněž změnily, už se nepoužívá optická astrometrie. Používají se družicové metody – metoda GPS, metoda měření vzdálenosti  družic laserem, ale také hlavně metoda radiové interferometrie z velmi dlouhých základen. Ta právě je schopná změřit všech 5 složek orientace Země:

- 2 složky pohybu zemských pólů vůči zemskému povrchu

- 2 složky pohybu pólů vůči hvězdám

- vlastní úhel rotace.

Pohyb pólů vůči zemskému tělesu je poměrně malý. Amplituda nepřesahuje polovinu obloukové vteřiny, základní periody tam jsou 435 dní - to je tzv. volný (Chandlerův  pohyb) a pak je tam dominantní vynucená složky pohyby v atmosféře s ročním pohybem. Tyto 2 složky dohromady interferují. Takže s 6 letou periodou se tento pohyb zvětšuje či zmenšuje.

Kromě toho je tam ještě tzv. sekulární složka, která způsobuje to, že pól utíká rychlostí 0,3 obloukové vteřiny za 100 let směrem ke Grónsku, zhruba 75° severní délky. Ta sekulární složka je způsobena zřejmě odledňováním po poslední době ledové, kdy odtávaly velké masy ledu. Tak se vlastně tvar Země  se postupně napřimuje. Zmenšuje se pomaloučku zploštění Země a tím se asymetricky deformuje Země. Pól vlastně sleduje  pól hlavního momentu setrvačnosti Země. Pakliže se hlavní moment setrvačnosti Země někam posunuje, pak se současně s ním posunuje i pól rotace.

Vliv na pohyb osy rotace Země mezi hvězdami mají Měsíc a Slunce. Je tam dominantní vliv Měsíce a částečně také Slunce, který je asi poloviční než Měsíce díky veliké vzdálenosti Slunce - Země. A svým příspěvkem se velmi málo projevují i planety.

Z posledních 20 let pozorování se zjistilo, že osa rotace zemského jádra není úplně identická s osou rotace celé Země, což se projevuje tzv. volnou rotací jádra. Ta má periodu asi 430 dní v nebeské soustavě. Ale ta amplituda je velmi malá – dosahuje maximálně desetitisícin obloukové vteřiny. Jádro se za tolik miliard let od vzniku Země ještě neustálilo. Tento jeho pohyb je velmi malinký a teoreticky byl předpovězen už dávno od doby, kdy se ví o existenci tekutého jádra a teprve observačně se to potvrdilo až z pozorování tou metodou radiové interferometrie v posledních 20 letech.

Jak přesná jsou dnes měření pohybu zemských pólů a dá  se v nich zachytit vliv obrovské sopečné erupce na rotaci Země? Ta přesnost, když to vyjádříme na povrchu Země je zhruba někde mezi 1 mm a 1 cm. I ty největší vulkanické efekty jako byla tehdy vlna tsunami v Indonésii se projevily malým skokem, který byl srovnatelný s přesností pozorování. Tyto vlivy jsou velmi malé, protože jsou to lokální záležitosti. Naproti tomu třeba atmosféra má naprosto dominantní vliv o 2 řády větší než lokální zemětřesení.

podle Ing. Jana Vondráka

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 2.33 (3x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře