ناسا وزن زمین را تماشا می کند، مرکز جرم را می یابد

5 دقیقه مطالعه

آماده سازی برای شبیه سازی های بعدی Moonwalk در حال انجام (و زیر آب)

سرازیر شدن آب بین خشکی و اقیانوس ها، مرکز جرم زمین را نسبت به مرکز هندسی آن تغییر می دهد. دانشمندان ناسا تکنیک جدیدی را با استفاده از ردیابی ماهواره ای فوق دقیق برای تخمین جابجایی در کسری از اینچ توسعه داده اند.

استودیوی تجسم علمی ناسا

تغییرات فصلی آب کافی را در اطراف زمین توزیع می کند تا مرکز جرم سیاره را با کسری از یک اینچ نسبت به مرکز هندسی آن به جلو و عقب منتقل کند. دانشمندان ناسا در حال ردیابی نوسانات هستند زیرا مرکز جرم زمین یک نقطه مرجع بسیار مهم برای ناوبری ماهواره ای و اندازه گیری ارتفاع است.

تیمی به رهبری آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در کالیفرنیای جنوبی، راهی برای محاسبه نوسانات فصلی با دقت بسیار بالا ارائه کرده است. این تکنیک و یافته ها در مطالعه جدیدی که در ژورنال بین المللی Geophysical منتشر شده است، به تفصیل آمده است. نویسندگان تصویر واضحی از آب شدن بهار، اقیانوس‌ها و هوای متراکم زمستانی ترسیم می‌کنند که بارهای سطحی عظیم را از فصلی به فصل دیگر جابجا می‌کند.

این مطالعه اولین تلاش برای تعیین مرکز جرم زمین نیست. دانشمندان در طول چند دهه، چندین تکنیک مبتنی بر فضا را برای تعریف و مکان یابی آن پیشگام کرده اند. اما این یک تیرک دروازه متحرک است. اگر زمین یک سنگ مرمر آبی سخت بود، مرکز جرم آن به سادگی با مرکز هندسی آن همپوشانی پیدا می کرد. در حقیقت، سیاره زیر وزن آب، یخ و هوا در حال خم شدن و افتادگی است. به همین دلیل، مرکز جرم زمین به طور مداوم به اندازه چندین میلی متر به دور مرکز هندسی خود می چرخد.

برای مشاهده این ویدیو لطفا جاوا اسکریپت را فعال کنید و به مرورگر وب ارتقا دهید از ویدیوی HTML5 پشتیبانی می کند

پروژه ژئودزی فضایی ناسا در حال حاضر از انواع تکنیک های فضایی و زمینی برای ردیابی مرکز جرم زمین (که ژئومرکز نیز نامیده می شود) در حال حرکت بالا و پایین و پهلو به پهلو استفاده می کند. این انیمیشن حرکت در مقیاس میلیمتری از سال 1993 تا 2017 را ردیابی می کند.

استودیوی تجسم علمی ناسا

روش های موجود برای اندازه گیری اندازه چرخش چقدر دقیق هستند؟ دو تخمین بین‌المللی آخر که در سال‌های 2017 و 2023 انجام شده‌اند، 0.27 اینچ (7 میلی‌متر) متفاوت هستند که تقریبا ارتفاع سه نیکل روی هم است. تفاوت تقریبا به اندازه خود حرکت است.

برای کاهش عدم قطعیت، زمین‌شناس JPL، دونالد آرگوس، توسعه یک تکنیک جدید مبتنی بر ردیابی ماهواره‌ای فوق دقیق را رهبری کرد.

ماهواره‌ها که توسط گرانش به حرکت در می‌آیند، به طور طبیعی به دور مرکز جرم زمین می‌چرخند، گویی که با اتصالات نامرئی محدود شده‌اند. تغییرات کوچک در فاصله بین ماهواره‌ها و ایستگاه‌های زمینی نشان‌دهنده تغییر مرکز جرم زمین است.

استفاده از ماهواره برای تعیین مرکز جرم زمین ایده جدیدی نیست. در واقع ماهواره‌های فلزی متراکم که در سال‌های 1976 و 1992 پرتاب شدند، منحصرا به این منظور اختصاص داده شده‌اند. هر دو ماهواره ژئودینامیک لیزری (LAGEOS 1 و 2) که شبیه توپ‌های دیسکو 900 پوندی (408 کیلوگرمی) هستند، با منشورهای انعکاسی پوشانده شده‌اند و با دقت لیزر از طریق ایستگاه‌های زمینی در سراسر جهان در بیش از 20 کشور توزیع شده‌اند.

با این حال، یکی از محدودیت های برد لیزر ماهواره ای، توزیع نابرابر ایستگاه های زمینی در اطراف زمین است. این تکنیک جدید دقت را از دو طریق بهبود می‌بخشد: ردیابی GPS را به همراه داده‌های مداری چندین ماهواره در مدار پایین زمین برای ارائه مجموعه‌ای متنوع از اهداف به ترکیب اضافه می‌کند. و در نظر می گیرد که چگونه وزن آب و یخ پوسته زمین را تغییر شکل می دهد و ایستگاه های زمینی را برای سواری همراه می کند.

این تکنیک توسط آرگوس به همراه محققان تیم تعیین مدار ماهواره JPL، دانشگاه نوادا، دانشگاه مونتانا و مرکز علوم زمین هلمهولتز در آلمان توسعه یافته است.

آرگوس گفت: «اکنون اندازه حرکت مرکز جرم زمین را به جلو و عقب در هر سال تقریبا نیمی از آنچه هشت سال پیش تصور می‌کردیم، تخمین می‌زنیم.» یافته‌های ما نشان می‌دهد که جرم آب و هوای زمین که بین نیمکره حرکت می‌کند، کوچک‌تر از آن چیزی است که قبلا تصور می‌شد.»

فلیکس لندرر، یکی از نویسندگان همکار این مطالعه در JPL، خاطرنشان کرد که "در حالی که این حرکات ممکن است کوچک به نظر برسند، دنیای مدرن ما به اندازه گیری های موقعیت یابی بسیار دقیق متکی است. با کشف و درک مکانیسم هایی که سیستم های مرجع را تغییر می دهند، می توانیم سیستم های مرجع بهتری بسازیم که در نهایت به نفع نقشه برداری و ناوبری - از لجستیک حمل و نقل جهانی گرفته تا precicule" است.

چیزی که پیدا کردند

نویسندگان این مطالعه، مرکز جرم زمین را که به صورت فصلی نوسان می‌کرد، ردیابی کردند و علت را به سه دسته تقسیم کردند: اقیانوس‌ها، جو، و آب‌های قاره‌ای (از یخ زمین، برف، آب دریاچه و رودخانه، رطوبت خاک و آب‌های زیرزمینی).

آنها دریافتند که تجمع برف در آمریکای شمالی و اوراسیا در ماه مارس به حداکثر می رسد و مرکز جرم زمین را حدود 3 میلی متر به سمت قطب شمال تغییر می دهد. یک ماه بعد، در ماه آوریل، آب باران در حوضه رودخانه آمازون به 2400 گیگا تن می رسد و مرکز جرم زمین را 2.2 میلی متر به سمت آمریکای جنوبی می چرخاند. آب باران های موسمی در جنوب شرقی آسیا شش ماه بعد در نوامبر به حداکثر 600 گیگا تن می رسد و اندکی به نوسان سالانه می افزاید.

بین ماه های آگوست و اکتبر، اقیانوس ها با آب ذوب و باران متورم می شوند و مرکز جرم زمین به سمت اقیانوس آرام جنوبی جابه جا می شود. اقیانوس آرام به قدری بزرگ است که تغییرات جرمی در آنجا باعث از دست رفتن یا افزایش سایر اقیانوس‌ها می‌شود، اگرچه پویایی فصلی در دریاهای مدیترانه، سرخ، شمال، بالتیک و بارنتز همگی به تغییر مرکز جرم زمین به روش کوچک خود کمک می‌کنند.

محققان از مدلی استفاده کردند که توسط مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های هوای متوسط ​​برای تخمین اینکه چگونه تغییرات جوی بر مرکز جرم زمین در طول فصول تأثیر می‌گذارد، استفاده کردند. آنها دریافتند که هوای سرد، متراکم و زمستانی در حدود 21 دسامبر هر سال به ترازو در عربستان، آسیا و شمال آفریقا و در حدود 21 ژوئن بر روی آمریکای جنوبی و آفریقای جنوبی کمک می کند.

محاسبات جرم در این مطالعه با مشاهدات انجام شده توسط ماموریت بازیابی جاذبه و پیگیری آزمایش آب و هوا (GRACE-FO) مطابقت دارد. این ماموریت که در سال 2018 پرتاب شد، از ماهواره های دوقلو تشکیل شده است که نوسانات ماهانه کشش گرانشی زمین را به دلیل حرکت انبوه آب در بالا و زیر زمین ترسیم می کنند. این دو ماهواره در شکل گیری دقیق پرواز می کنند و هنگامی که ماهواره سرب از روی یک جسم متراکم مانند یک حوضه رودخانه متورم عبور می کند، یدک کش اضافی گرانش فاصله بین دوقلو خود را به مقدار کم اما قابل اندازه گیری تغییر می دهد.

ماموریت GRACE-FO یک مشارکت مشترک بین ناسا و مرکز تحقیقات آلمان برای علوم زمین (GFZ) است. ماموریت نسل بعدی GRACE-Continuity (GRACE-C) در اواخر سال 2028 پرتاب می شود تا رکورد داده های سری GRACE تقریبا 25 ساله را افزایش دهد.

-پایان-

نوشته شده توسط سالی یونگر

2026-061

به اشتراک بگذارید

جزئیات

آخرین به روز رسانی

16 سپتامبر 2026

شرایط مرتبط

علوم زمین

زمین

سطح زمین و فضای داخلی

ژنرال

GRACE (بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا)

GRACE-FO (بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا)

آزمایشگاه رانش جت

LAGEOS (ماهواره ژئودینامیک لیزری)

اقیانوس ها

آب روی زمین

به کاوش ادامه دهید

موضوعات بیشتر از ناسا را کشف کنید

ماموریت های علوم زمین

به منظور مطالعه زمین به عنوان یک سیستم کامل و درک چگونگی تغییر آن، ناسا توسعه و پشتیبانی…

ماموریت: GRACE-FO

GRACE-FO چه زمانی راه اندازی شد؟ 22 مه 2018 GRACE-FO کجاست؟ 305 مایل (490 کیلومتر) بالای زمین GRACE-FO چه کاری انجام می دهد؟…

GRACE-C

GRACE-C تغییرات ماه به ماه میدان گرانش زمین را برای ردیابی حرکت آب و تغییرات جرم سطحی در سراسر سیاره فراهم می کند.

LAGEOS

LAGEOS (ماهواره های ژئودینامیک لیزری 1 و 2) اولین فضاپیمایی بود که منحصرا به پرتاب لیزری با دقت بالا اختصاص داده شد. LAGEOS کمک کرده است…