ИА REGNUM продолжает знакомить читателей с результатами исследования профессора географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, доктора географических наук Алексея Юрьевича Ретеюма, посвященного взаимодействиям тел нашей планетной системы.

Введение

В 1891 году американский астроном Сет Карло Чандлер сообщил в печати о колебаниях земной оси длительностью более года, которые с тех пор привлекают к себе особое внимание. Дело в том, что их природа не поддается объяснению, поэтому не исключается даже влияние темной материи или гравитационных волн. В научных работах, несмотря на правила нейтрального языка, они нередко называются загадочными. Полное решение проблемы дал анализ воздействия на Землю Юпитера, а также двух других газовых гигантов нашей планетной системы.

Американский астроном Сет Карло Чандлер (1846–1913)

1909 году, через 18 лет после того, как было открыто Чандлеровское качание земного шара, авторитетный астроном Саймон Ньюком сделал красноречивое признание:

«Я считаю эти флуктуации наиболее таинственным явлением в небесных движениях — настолько сложно приписать их действию какой-либо известной причины».

Подобные высказывания можно встретить и в современных публикациях. Остается неясным сам тип колебания: свободное оно или вынужденное. Что же мешает науке, вооруженной высокоточными инструментами, восстановить картину глобальных событий? Главное препятствие — доопытное убеждение специалистов в том, что искать следует только какие-то неизвестные факторы, заранее исключив из рассмотрения части планетной системы вне Земли.

Эффект Чандлера представляет собой сложное колебание, форма которого в теоретической механике характеризуется как биение, то есть наложение разных сигналов. В этом процессе времена относительно постоянной частоты длительностью в несколько лет разделены переходным низкоамплитудным периодом затухания — возбуждения, кроме того, иногда возникают аномалии (Рис. 1).

Рис. 1. Изменения величины координаты «х» Северного полюса в период 1900–2018 гг. Источник: по данным International Earth Rotation and Reference Systems Service

Следовательно, для понимания физики явления необходимо и достаточно получить ответы на следующие вопросы:

1. Какие две силы порождают многодневные и многолетние вариации положения географического Северного полюса?

2. Почему в конкретный момент наблюдается совершенно определенный вид колебаний, а не какой-то иной?

3. Что вызывает отклонения в установившемся режиме?

Первоначальный импульс в решении проблемы Чандлера дало обнаружение автором феномена возмущений Солнца под влиянием планет (Рис. 2).

Рис. 2. Отклики звезды на орбитальное движение внешних планет. Осреднение по 78 циклам Юпитера, 31 циклу Сатурна и 11 циклам Урана за период 1090–2010 гг. Источник: расчет по данным Главной (Пулковской) астрономической обсерватории с помощью программы Alcyone Ephemeris

При прохождении области перигелия Юпитером и Сатурном, имеющими (как и Солнце) прямое вращение, солнечная активность закономерно снижается. Уран, обладая обратным вращением, напротив, стимулирует гелиофизические процессы в середине цикла и подавляет их у конца.

Ясно, что Земля также должна быть подвержена внешним воздействиям. Оставалось их выявить с помощью метода наложенных эпох (предложенного Чарльзом Кри ещё век назад) и других эмпирических приемов. В качестве пробного предмета анализа выступила вероятная зависимость скорости вращения Земли от положения первого газового гиганта. Выбор данного действующего фактора обусловлен тем, что астрономические характеристики резко выделяют Юпитер из ряда холодных небесных тел и позволяют говорить о его звездоподобности. Имеется в виду то, что он по плотности вещества близок к Солнцу, превосходит Солнце по напряженности магнитного поля и обладает атмосферой, получающей тепло из недр (Рис. 3).

Рис. 3. Свечение Юпитера в инфракрасных лучах, снятое межпланетным зондом Юнона (Juno). Источник: NASA

Уникальность воздействию на космическую среду Юпитера, судя по результатам предыдущего исследования, должны придавать следующие особенности этого светила:

1) большая разница расстояний до Солнца и Земли при движении по орбите, составляющая 76 млн км или 10% за 11,862 года сидерического цикла и 375 млн км или 63% за 396−404 дней синодического цикла соответственно;

2) огромная масса, превышающая земную в 318 раз, а суммарную планетную — в 2,5 раза;

3) наклон орбиты к плоскости эклиптики под углом 1°18'17'';

4) крайнее южное положение точки перигелия;

5) вращение с максимальной для околосолнечных небесных тел угловой скоростью в прямом направлении (при продолжительности периода равной 9 часам 56 минутам);

6) смещение общего центра масс с Солнцем за его пределы (на расстояние около 7% солнечного радиуса);

7) очень мощное магнитное поле.

Значительный энергетический потенциал Юпитера превращает его во второй центр нашей планетной системы.

* * *

Вынужденные изменения скорости вращения планеты

В отношении скорости вращения — важнейшей характеристики Земли как планеты, чье значение сейчас недооценивается — в науке существует точка зрения, согласно которой её колебания имеют исключительно внутреннее происхождение, то есть они порождаются неравномерностью течений в океане и атмосфере. Общепринятые представления вступают в противоречие с новыми данными. Взяв в качестве меры времени сидерический период обращения Юпитера, мы получаем четкую связь длительности дня с положением Земли в пространстве: чем ближе она находится к газовому гиганту, тем быстрее вращается (Рис. 4).

Рис. 4. Увеличение угловой скорости вращения Земли (отклонения от средней длительности суток — Length of day ) при сокращении ее расстояния до Юпитера в середине цикла 1981–1993 гг. Источник: данные International Earth Rotation and Reference Systems Service с помощью программы Alcyone Ephemeris

Сравнение по фазам цикла Юпитера подтверждает вывод об ускоренном вращении Земли в те годы, когда расстояние между двумя центрами планетной системы минимально (Рис. 5).

Рис. 5. Длительность дня в годы перигелия (2011 г.) и афелия (2017 г.) Юпитера. Источник: расчет по данным International Earth Rotation and Reference Systems Service с помощью программы Alcyone Ephemeris

Ротационный эффект Юпитера ярко проявляется при сопоставлении скоростей вращения Земли в моменты сближения и удаления на максимальных расстояниях от Солнца в июле (Рис. 6).

Рис. 6. Зависимость угловой скорости вращения Земли (Length of day ) от направления ее движения по отношению к Юпитеру в июле; период 1962–2018 гг. Источник: Ibid

Осреднение величин скорости вращения Земли за 18 циклов Юпитера дает дополнительные доказательства его роли как ведущего фактора геодинамики (Рис. 7).

Рис. 7. Соответствие изменений вращения Земли циклам Юпитера с максимумом в годы, когда последний находится в районе точки перигелия; период 1800–2018 гг. Источник: Ibid

Вынужденное ротационное ускорение, периодически активизируя движение вещества, вызывает цепные реакции в оболочках Земли.

Как и следовало ожидать, возмущение тела Земли в момент прохождения Юпитером точки перигелия сопряжено с изменением ориентации оси (Рис. 8).

Рис. 8. Нарушение равномерного перемещения географического Северного полюса во время до и после прохождения Юпитером точки перигелия 17 марта 2011 г. Источник: Ibid

Выявление фактов эпизодического смещения Северного полюса Земли под влиянием Юпитера дает нам ключ к решению одной из самых сложных проблем планетологии.

* * *

13-месячное колебание

При обработке материалов ранних астрономических наблюдений за положением широт Земли многолетняя составляющая была почти незаметна, поэтому величина периода высокочастотного колебания была определена Чандлером путем простого осреднения; она оказалась близкой к 430 суткам. На самом деле длительность многодневного цикла меняется в широких пределах, иногда она возрастает до 500 дней, а в некоторые годы не превышает 350 дней (Рис. 9). В среднем длина волны возмущения составляет 419 дней, медианное значение равно 309 дням, то есть 13 месяцам.

Рис. 9. Длительность Чандлеровского цикла по координате «y» в 1962–2018 гг. Источник: Ibid

Экстремальные значения длительности цикла фиксируются в стадии перехода (Рис. 10).

Рис. 10. Периодические изменения координаты «х» географического Северного полюса; период 1962–1980 гг. Источник: Ibid

Сопряженное рассмотрение поведения Северного полюса и эфемерид Юпитера не оставляет сомнений в тесной связи движений двух планет (Рис. 11). Совпадение фаз длится один многолетний период, и затем идут колебания в противофазе или со смещением фаз.

Рис. 11. Синхронные изменения координаты «х» географического Северного полюса и расстояния Земли до Юпитера; период 2000-2006 гг. Источник: Ibid

Положение Юпитера по отношению к Земле определяет вариации географических координат (Рис. 12).

Рис. 12. Отклик географического Северного полюса на движение Юпитера в годы минимальных и максимальных расстояний между планетами, осреднение за годы от 1962 по 2018. Источник: Ibid

Закономерно, что в течение синодического периода Юпитера длительностью около 400 дней перемещения географического Северного полюса строго упорядочены (Рис. 13−15).

Рис. 14. Значения координаты «y» по дням синодического цикла Юпитера, осреднение за годы с 1962 по 2018. Источник: Ibid

Рис. 15. Изменения координат географического Северного полюса в границах синодических циклов Юпитера, осреднение за годы с 1962 по 2018 гг

Показательно, что разность периодов Чандлеровского колебания и движения Юпитера относительно Земли в половине случаев за 57 лет находилась в пределах всего ±4%.

* * *

Многолетние периоды

Влияние Юпитера на Землю подчеркивается постоянным возвращением географического Северного полюса на то место, которое он занимал около 12 лет назад (Рис. 16).

Рис. 16. Перемещение географического Северного полюса в течение цикла Юпитера 1987–1999 гг. Заметим близкое положение двух точек перигелиев и увеличение диаметра поллодиев (годичных траекторий) между моментами перигелия и афелия. Источник: Ibid

Упорядочивающая геодинамическая роль газового гиганта видна по симметрии положений полюса во времена до и после прохождения им точки перигелия (Рис. 17).

Рис. 17. Координата «х» в дни до и после прохождения Юпитером точки перигелия, осреднение по четырем моментам (годы 1975, 1987, 1999 и 2011). Источник: Ibid

Поиск необходимого и достаточного объяснения причин изменений ориентации земной оси в форме биения предполагает постановку вопроса о природе многолетней цикличности. Ответ получен. Действующий фактор — это совместное влияние Юпитера и Сатурна, сила которого периодически меняется (Рис. 18).

Рис. 18. Временная граница многолетних циклов колебания земной оси, возникшая благодаря соединению Юпитера и Сатурна 29 мая 2000 г. (при равенстве геоцентрических долгот). Источник: Ibid

Момент установления разницы геоцентрических долгот Юпитера и Сатурна, кратной 90°, как правило, отмечен отклонениями в движении географического Северного полюса (Рис. 19 и 20).

Рис. 19. Крупная аномалия в перемещении географического Северного полюса, появившаяся в ноябре 2005 — феврале 2006 г. при установлении разницы геоцентрических долгот Сатурна и Юпитера, равной -90°. Источник: Ibid

Рис. 20. Реакция оси вращения Земли на переход 18 декабря 2005 г. разницы геоцентрических долгот Сатурна и Юпитера через -90°. Источник: Ibid

В 20-летний период между соединениями Юпитера и Сатурна укладывается ровно три серии 13-месячных циклов длительность по 6,63 лет (Рис. 21).

Рис. 21. Перемещение географического Северного полюса в период между двумя соединениями Юпитера и Сатурна в феврале 1961 года и марте 1981 года. Источник: Ibid

Значимость фактора движения Юпитера и Сатурна для ориентации земной оси подчеркивается явлением смены фаз Чандлеровского колебания при соединении этих планет (Рис. 22).

Рис. 22. Смена фаз Чандлеровского колебания на временной границе многолетних периодов в июне 1974 года. Источник: Ibid

В число проблем ориентации земной оси входит генезис колебаний, длительность которых измеряется десятками лет. Предлагаемый автором астрогеографический подход дает нужное решение. Речь идет о 60-летнем цикле, включающем пять звездных периодов обращения Юпитера и два звездных периода обращения Сатурна (Рис. 23).

Рис. 23. Совмещение положений географического Северного полюса через 60 лет, отделяющих друг от друга однотипные соединения Юпитера и Сатурна (коэффициент корреляции двух рядов по значениям координаты «х» равен 0,72). Источник: Ibid

Итак, найдены бесспорные свидетельства существования тесных межпланетных связей, порождающих долговременные периодические вариации земной оси длительностью от 6 до 60 лет.

* * *

Аномальное поведение оси

При изучении перемещений географического Северного полюса давно были замечены большие отклонения во второй половине 20-х годов прошлого века (Рис. 24).

Рис. 24. Отрицательные (1925, 1926 и 1929 годы) и положительная (1927 год) аномалии в ориентации земной оси. Источник: Ibid

явление — отдаленное последствие движения Урана, который прошел точку афелия в 1925 году. Данное утверждение (как и все другие) может быть подвергнуто испытанию на соответствие реальности с помощью мысленного критического эксперимента. Если оно верное, при следующем аналогичном событии, которое датируется февралем 2009 года, должно было наблюдаться необычное смещение полюса. И оно действительно произошло (Рис. 25).

Рис. 25. Отклонение движения географического Северного полюса от круговой траектории во время близости Урана к точке афелия (февраль – март 2009 года). Источник: Ibid

При внимательном изучении сведений последних лет по координатам географического Северного полюса обращает на себя внимание феномен значительного уменьшения амплитуды и сокращения периода Чандлеровского колебания (Рис. 26).

Рис. 26. Чандлеровское колебание в 2005–2018 гг

Вероятно, мы имеем дело с эффектом дрейфа ядра Земли в северном направлении, которое вызывается давлением минеральных масс расширяющегося Южного полушария. Среди свидетельств, подтверждающих развитие этого процесса, укажем на рост числа землетрясений в Арктике и Субарктике (Рис. 27; подробнее см. «Рост Земли по данным точных наблюдений»).

Рис. 27. Число землетрясений с М ≥ 3 на территориях и акваториях к северу от 60-й параллели (где на земную поверхность проецируется ядро Земли) и линейный тренд. Источник: расчет по данным International Seismological Centre

Такое заключение прямо следует из постулата теоретической механики, связывающего характеристики колебания с длиной маятника.

Приведенные факты говорят об экзогенном происхождении нарушений в установившемся геодинамическом режиме.

* * *

О природе действующих сил

Почему Земля начинает вращаться быстрее при её сближении с Юпитером? Что заставляет Землю покачиваться вслед за орбитальными движениями газового гиганта? Традиционные знания о гравитации как единственной силе, способной приводить к возмущениям небесные тела, в данном случае не помогают раскрыть секрет интересующего нас механизма — слишком мала она по своей величине.

Объяснить феномен дальнодействия позволяет идея соприкосновения внешних оболочек планет, восходящая к представлениям Дмитрия Ивановича Менделеева о сверхлегком газе ньютонии. Работоспособность этой гипотезы нетрудно проверить. В данном случае достаточно рассмотреть убедительные итоги проведения одного мысленного опыта. Как известно из механики, тела, вращающиеся в одном и том же направлении, при касании отталкивают друг друга. Земля, Юпитер и Солнце вращаются в прямом направлении. Следовательно, когда Юпитер проходит перигелий, Земля в определенный момент парадоксальным образом должна быть расположена на орбите дальше от Солнца, чем в годы афелия. Точные астрономические данные это подтверждают (Рис. 28).

Рис. 28. Движение Земли относительно Солнца в годы прохождения Юпитером перигелия (2011 г.) и афелия (2017 г.). Источник: расчет по программе Alcyone Ephemeris

Вращение небесных тел — источник энергии их взаимодействия.

* * *

Заключение

Со времен Ньютона вариации положения Земли в пространстве считались задачей теоретической механики. Вековые усилия, предпринимавшиеся для её решения, не дали ощутимого результата. Потребовалось избрать новую точку зрения и перейти к рассмотрению роли в геодинамике космических сил. Полученное эмпирическое обобщение о межпланетных связях в Солнечно-Юпитерианской системе открывает перспективы лучшего понимания закономерностей изменений, наблюдаемых нами в окружающем мире.

источник