地球有時(shí)轉(zhuǎn)得快，有時(shí)轉(zhuǎn)得慢，但總體在“轉(zhuǎn)慢”。我國(guó)科學(xué)家在全球首次發(fā)現(xiàn)，在6年周期振蕩信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“減速度”。
中科院測(cè)量與地球物理研究所與中科院上海天文臺(tái)專家合作進(jìn)行了這項(xiàng)研究，相關(guān)論文已在國(guó)際地學(xué)著名期刊《地球和行星科學(xué)通訊》上在線發(fā)表。
這個(gè)給地球“減速”的力量來(lái)自哪里？研究它又有什么意義？日前科技日?qǐng)?bào)記者就這些問(wèn)題，采訪了中科院測(cè)量與地球物理研究所的專家。
50年減少了0.05毫秒
以太陽(yáng)為參照物，地球自轉(zhuǎn)一周則需要24小時(shí)，即一天，天文學(xué)家們不稱其為“一天”，而叫“日長(zhǎng)”。他們發(fā)現(xiàn)，每日的“日長(zhǎng)”并不是同樣長(zhǎng)短，這說(shuō)明地球自轉(zhuǎn)速率不是固定不變的，不同階段有快有慢。
中科院測(cè)量與地球物理研究所研究員劉根友介紹，作為一個(gè)天文學(xué)經(jīng)典課題，分析地球旋轉(zhuǎn)“快慢”，是為了解地球本身。正是地球內(nèi)核轉(zhuǎn)動(dòng)，影響其自轉(zhuǎn)速度，專家們從結(jié)果到過(guò)程，去反推地球內(nèi)部物理現(xiàn)象和地球表面的物質(zhì)分布。
即使以年計(jì)，這種變化可能是在毫秒級(jí)，連“瞬間”都算不上，幾乎很難察覺(jué)，但在精密測(cè)量時(shí)，這個(gè)量已經(jīng)很大了，0.1毫秒產(chǎn)生的位置誤差在赤道上可達(dá)0.5米，產(chǎn)生的無(wú)線電波測(cè)距誤差可達(dá)30公里。
劉根友說(shuō)，針對(duì)國(guó)際機(jī)構(gòu)發(fā)布的長(zhǎng)達(dá)50年的日長(zhǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，中科院測(cè)地所團(tuán)隊(duì)通過(guò)頻譜分析發(fā)現(xiàn)，存在一個(gè)振幅約0.12毫秒的6年周期變化，振幅在減小，1962—2012年總共減少了大約0.05毫秒。
衰減與地球內(nèi)部能量耗散有關(guān)
地球自轉(zhuǎn)速率（日長(zhǎng)）的變化非常復(fù)雜，在時(shí)間尺度上，我們可將日長(zhǎng)變化總體上分為季節(jié)變化、年際變化以及年代際變化。在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，例如，在世紀(jì)尺度、甚至數(shù)萬(wàn)年尺度上，地球自轉(zhuǎn)速率的確存在長(zhǎng)期非常緩慢的減少現(xiàn)象，其主要與地球表面的潮汐摩擦有關(guān)。
中科院測(cè)量與地球物理研究所段鵬碩博士介紹，6年信號(hào)的振幅變化特征及其物理激發(fā)機(jī)制問(wèn)題，在國(guó)際上長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)能得到很好的解答。目前國(guó)際上有人認(rèn)為6年周期剛好是太陽(yáng)活動(dòng)周期的一半，試圖利用太陽(yáng)活動(dòng)來(lái)解釋日長(zhǎng)6年信號(hào)，而我們發(fā)現(xiàn)日長(zhǎng)6年信號(hào)也存在衰減現(xiàn)象，日長(zhǎng)6年信號(hào)的衰減主要與地幔與液態(tài)外核邊界處存在的能量耗散效應(yīng)有關(guān)。
段鵬碩說(shuō)，我們的研究表明日長(zhǎng)6年信號(hào)與地球內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)存在本質(zhì)上的關(guān)聯(lián)，它的變化直接反映地球內(nèi)核的動(dòng)力學(xué)信息。由于地球內(nèi)核遠(yuǎn)在數(shù)千公里深的地下，了解它的運(yùn)動(dòng)變化特征十分困難，然而，日長(zhǎng)6年信號(hào)為我們打開了一扇直接了解內(nèi)核運(yùn)動(dòng)的窗口，因此研究它很有意義。
可定量推測(cè)地球深部磁場(chǎng)信息
“日長(zhǎng)存在一個(gè)6年的周期變化，2000年最先被國(guó)外專家利用傳統(tǒng)小波時(shí)頻變換技術(shù)在日長(zhǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)中探測(cè)到；而我們利用標(biāo)準(zhǔn)小波變換方法首次探測(cè)到了日長(zhǎng)6年信號(hào)的衰減現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)小波變換方法是基于傳統(tǒng)小波變換發(fā)展而來(lái)的?！?/p>
段鵬碩說(shuō)，我們的工作表明日長(zhǎng)6年信號(hào)本質(zhì)上是固體內(nèi)核的本征擺動(dòng)，由于我們解釋日長(zhǎng)6年信號(hào)及其衰減現(xiàn)象所用的模型是三層地球模型，理論模型結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果的吻合進(jìn)一步表明了地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的確是三層結(jié)構(gòu)，并且內(nèi)核與地幔之間的確存在很強(qiáng)的引力耦合作用，這對(duì)于了解內(nèi)—外核邊界、核幔邊界處的形狀信息、內(nèi)核密度和地幔密度信息等具有重要意義。
最為關(guān)鍵的是我國(guó)專家找到了表征日長(zhǎng)6年信號(hào)衰減現(xiàn)象的品質(zhì)因子Q值與核幔邊界電磁信息之間的定量關(guān)系。通過(guò)對(duì)日長(zhǎng)6年信號(hào)衰減現(xiàn)象的精確分析，可以直接定量推測(cè)地球深部（地?！簯B(tài)外核邊界）的磁場(chǎng)信息，這是一種新的定量估計(jì)地球內(nèi)部磁場(chǎng)的方法，這種方法是我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次提出的。
劉根友研究員說(shuō)：“這與老百姓生活很遠(yuǎn)，但人類必須了解我們生活的星球，這是永恒的研究課題。”
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