به گزارش اطلاعات آنلاین و به نقل از ژورنال بین المللی ژئوفیزیک، مرکز جرم زمین دائماً در حال حرکت است و با جابجایی مقادیر عظیمی از آب، یخ و حتی هوا در سراسر سیاره با فصول، چند میلی‌متر جابجا می‌شود. دانشمندان ناسا با استفاده از ماهواره‌های برد لیزری، داده‌های GPS و اندازه‌گیری چگونگی تغییر شکل پوسته زمین توسط آب و یخ، روش دقیق‌تری برای ردیابی این نوسانات کوچک ایجاد کرده‌اند.
دانشمندان ناسا این حرکت ظریف را با دقت دنبال می‌کنند زیرا مرکز جرم زمین به عنوان یک نقطه مرجع ضروری برای ناوبری ماهواره‌ای و اندازه‌گیری ارتفاع سطح عمل می‌کند.
محققانی به رهبری آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در جنوب کالیفرنیا اکنون روشی را توسعه داده‌اند که برای اندازه‌گیری این تغییرات فصلی با دقت استثنایی طراحی شده است.
این تحقیق نشان می‌دهد که چگونه تغییرات فصلی عمده، از جمله ذوب برف، حرکت آب اقیانوس و هوای متراکم زمستانی، مقادیر عظیمی از جرم را در سطح زمین توزیع مجدد می‌کنند.
مرکز زمین دائماً در حال حرکت است
دانشمندان دهه‌ها صرف توسعه روش‌هایی برای تعریف و تعیین محل مرکز جرم زمین با استفاده از مشاهدات فضایی کرده‌اند. چالش این است که مرکز در یک مکان ثابت باقی نمی‌ماند.
اگر زمین مانند یک تیله آبی کاملاً جامد رفتار می‌کرد، مرکز جرم آن با مرکز هندسی‌اش هم‌راستا می‌شد. در عوض، این سیاره به تغییر وزن آب، یخ و جو واکنش نشان می‌دهد. با حرکت این مواد، مرکز جرم زمین به اندازه چندین میلی‌متر به دور مرکز هندسی‌اش می‌چرخد.
تعیین اندازه دقیق این حرکت دشوار بوده است. دو تخمین بین‌المللی اخیر که در سال‌های ۲۰۱۷ و ۲۰۲۳ تهیه شده‌اند، ۷ میلی‌متر (۰.۲۷ اینچ) با هم اختلاف دارند که تقریباً معادل ارتفاع سه سکه پنج سنتی روی هم چیده شده است. این اختلاف تقریباً به بزرگی حرکتی است که دانشمندان سعی در اندازه‌گیری آن دارند.
برای کاهش این عدم قطعیت، محققان توسعه رویکرد جدیدی را بر عهده گرفتند که به ردیابی ماهواره‌ای بسیار دقیق متکی است.
گرانش باعث می‌شود ماهواره‌ها به دور مرکز جرم زمین بچرخند. با تغییر آن مرکز، دانشمندان می‌توانند تغییرات جزئی در فواصل بین ماهواره‌های در حال چرخش و ایستگاه‌های ردیابی روی زمین را تشخیص دهند.
ماهواره‌ها به تعیین دقیق مرکز زمین کمک می‌کنند
دانشمندان مدت‌هاست که از ماهواره‌ها برای تعیین محل مرکز جرم زمین استفاده می‌کنند. دو ماهواره فلزی متراکم که در سال‌های ۱۹۷۶ و ۱۹۹۲ پرتاب شدند، به‌طور خاص برای این منظور ساخته شده‌اند.
ماهواره‌های ژئودینامیک لیزری (LAGEOS 1) شبیه توپ‌های دیسکو ۹۰۰ پوندی (۴۰۸ کیلوگرمی) هستند که با منشورهای بازتابنده پوشانده شده‌اند. ایستگاه‌های زمینی در بیش از ۲۰ کشور، لیزرهایی را به ماهواره‌ها شلیک کرده و سیگنال‌های بازگشتی را به‌طور دقیق اندازه‌گیری می‌کنند.
یکی از چالش‌های این روش این است که ایستگاه‌های ردیابی لیزری به‌طور مساوی در سراسر جهان توزیع نشده‌اند.
رویکرد جدید این محدودیت را از دو طریق برطرف می‌کند. محققان اندازه‌گیری‌های لیزری را با ردیابی GPS و اطلاعات مداری از چندین ماهواره در مدار پایین زمین ترکیب می‌کنند و به آنها طیف وسیع‌تری از اشیاء را برای دنبال کردن می‌دهند. آنها همچنین توضیح می‌دهند که چگونه وزن متغیر آب و یخ، پوسته زمین را خم می‌کند؛ به این معنی که خود ایستگاه‌های زمینی با تغییر سطح زیر آنها، کمی حرکت می‌کنند.
دانشمندان اکنون تخمین می‌زنند که اندازه حرکت مرکز جرم زمین به جلو و عقب در هر سال حدود نیمی از چیزی است که هشت سال پیش تصور می‌کردند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که جرم آب و هوای زمین که بین نیمکره‌ها حرکت می‌کند، کمتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد.
اگرچه این حرکات ممکن است کوچک به نظر برسند اما دنیای مدرن ما به اندازه‌گیری‌های موقعیت‌یابی بسیار دقیق متکی است. با کشف و درک مکانیسم‌هایی که سیستم‌های مرجع را تغییر می‌دهند، می‌توان سیستم‌های مرجع بهتری ساخت که در نهایت به نفع نقشه‌برداری و ناوبری باشند؛ از لجستیک حمل و نقل جهانی گرفته تا کشاورزی دقیق.
برف، باران و اقیانوس‌ها تعادل زمین را تغییر می‌دهند
محققان حرکت فصلی مرکز جرم زمین را دنبال کردند و آن را به سه منبع اصلی رساندند: اقیانوس‌ها، جو و آب‌های قاره‌ای (متشکل از یخ‌های خشکی، برف، آب دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، رطوبت خاک و آب‌های زیرزمینی).
این اثرات در طول سال با تجمع آب و هوا در نقاط مختلف جهان تغییر می‌کنند.
برف در سراسر آمریکای شمالی و اوراسیا در اواخر زمستان به بیشترین میزان تجمع خود می‌رسد. این جرم اضافه شده، مرکز جرم زمین را حدود ۳ میلی‌متر به سمت قطب شمال جابجا می‌کند.
در ماه آوریل، حوضه رودخانه آمازون به حداکثر فصلی خود برای آب باران می‌رسد و حدود ۲۴۰۰ گیگاتن را در خود جای می‌دهد. این غلظت عظیم آب، مرکز جرم زمین را ۲.۲ میلی‌متر به سمت آمریکای جنوبی می‌کشد.
کمک دیگری در اواخر سال از راه می‌رسد. آب موسمی در جنوب شرقی آسیا در ماه نوامبر، شش ماه پس از حداکثر آمازون، به ۶۰۰ گیگاتن می‌رسد و مقدار کمتری به حرکت سالانه اضافه می‌کند.
اقیانوس آرام تأثیری فراتر از حد انتظار دارد
آب اقیانوس نیز نقش مهمی در تغییر فصلی ایفا می‌کند. از ماه اواسط تابستان تا اوایل پاییز، آب‌های ذوب‌شده و بارندگی به جرم اقیانوس‌ها می‌افزایند و مرکز جرم زمین را به سمت اقیانوس آرام جنوبی هل می‌دهند.
از آنجا که اقیانوس آرام بسیار وسیع است، تغییرات در جرم آن می‌تواند از افزایش یا کاهش در سایر حوضه‌های اقیانوسی بیشتر باشد. با این حال، تغییرات فصلی در دریاهای مدیترانه، سرخ، شمالی، بالتیک و بارنتز هر کدام سهم کمتری در حرکت مرکز زمین دارند.
جو لایه دیگری به این چرخه اضافه می‌کند.
محققان از مدلی که توسط مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های میان‌مدت آب و هوا ایجاد شده است، برای تخمین چگونگی تغییر مرکز جرم زمین توسط تغییرات جوی فصلی استفاده کردند. تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که هوای سرد و متراکم زمستانی حدود در اول دی ماه هر سال، تعادل را به سمت عربستان، آسیا و شمال آفریقا تغییر می‌دهد. حدود آخر خرداد، اثر مربوطه بر فراز آمریکای جنوبی و آفریقای جنوبی رخ می‌دهد.
ماهواره‌های GRACE تغییرات جرم را تأیید می‌کنند
تخمین‌های جرم حاصل از تجزیه و تحلیل جدید با مشاهدات حاصل از ماموریت بازیابی گرانش و آزمایش آب و هوا (GRACE-FO) مطابقت دارد.
GRACE-FO که در سال ۲۰۱۸ پرتاب شد، شامل دو ماهواره است که تغییرات ماهانه در میدان گرانشی زمین را اندازه‌گیری می‌کنند. بخش زیادی از این تغییر گرانش ناشی از حرکت آب در بالا و پایین سطح سیاره است.
ماهواره‌ها با هم در یک آرایش بسیار دقیق حرکت می‌کنند. هنگامی که فضاپیمای پیشرو از منطقه‌ای حاوی جرم اضافی، مانند حوضه رودخانه‌ای که با آب پر شده است، عبور می‌کند، کشش گرانشی قوی‌تر، فاصله بین دو ماهواره را به میزان ناچیزی اما قابل تشخیص تغییر می‌دهد.