Những thay đổi về hình dạng và chuyển động quay của Trái đất

25

Những thay đổi về hình dạng và chuyển động quay của Trái đất

Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
A. V. BYALKO

Hai năm trước, một thông báo xuất hiện trong “Báo cáo của Viện Hàn lâm Khoa học” và ngay lập tức trên tạp chí “Khoa học và Cuộc sống”, khiến trái tim các nhà vật lý đập nhanh hơn. Như được thể hiện qua các phép đo được thực hiện bởi các nhà khoa học Liên Xô tại ba điểm trên thế giới - ở Pottsdame, tại nhà ga Ledovo gần Moscow và Novosibirsk, sự bám rễ mạnh mẽ ở tất cả các điểm này theo thời gian thường xuyên giảm đi các giá trị ở mức $10^{-7}$ m/s² mỗi năm. Gần đây, nhà địa vật lý nổi tiếng Yu. D. Boulanger và N. N. Parisky đã xác nhận sự thật đáng kinh ngạc này. Hóa ra, việc giảm khả năng ra rễ hoàn toàn không có nghĩa là khối lượng Trái đất đang giảm hoặc lực hấp dẫn không đổi. Lý do cho mọi thứ là sự thay đổi hình dạng của Trái đất. Hãy thử giải thích điều này.

Như đã biết, sự quay của Trái đất quanh trục của nó dẫn đến thực tế là hành tinh của chúng ta không phải là một hình cầu chính xác mà hơi dẹt ở các sọc: bán kính xích đạo của nó lớn hơn bán kính cực khoảng 21,4 km. Ngoài ra, do sự quay này, rễ của trọng lực mạnh (thường được gọi là rễ rơi tự do), được đo trong điều kiện trái đất, tức là trong hệ thống báo cáo quay, không phải là rễ hấp dẫn thuần túy, mà thể hiện sự khác biệt giữa rễ hấp dẫn và rễ hướng tâm: $g = GM/R^2 - \omega^2 R\cos\varphi$.

Ở đây $G$ là hằng số hấp dẫn, $M$ là khối lượng Trái đất, $R$ là khoảng cách đến tâm Trái đất, phụ thuộc vào hình cầu (xem hình), $\omega$ là vận tốc góc quay của Trái đất, $\varphi$ là vĩ độ địa lý của nơi đó. Do đó, hệ số gốc thay đổi theo vĩ độ: tối thiểu ở xích đạo và tối đa ở hai cực.

Laplace, tác giả cuốn Luận thuyết cổ điển về Cơ học Thiên thể, nghi ngờ rằng sự quay của Trái đất không hoàn toàn đồng đều theo thời gian. Bây giờ chúng tôi biết một số lý do cho việc này. Đầu tiên, quá trình quay bị chậm lại do thủy triều, nguyên nhân là do lực hút của Mặt trăng và Mặt trời. Độ lớn của sự giảm tốc liên tục này, được gọi là liên tục (ngược lại với những thay đổi khác, ngắn hạn hơn về vận tốc góc), được tìm thấy bằng cách sử dụng dữ liệu về nhật thực toàn phần trong thời cổ đại. Hóa ra nó rất nhỏ.

Thông tin đã được lưu giữ rằng, chẳng hạn, một trong những lần nhật thực toàn phần đã được người dân Babylon quan sát vào ngày 15 tháng 4 năm 136 trước Công nguyên. đ. Nếu chúng ta thực hiện phép tính thích hợp với giả định rằng tốc độ quay của Trái đất là không đổi, thì hóa ra vào ngày được chỉ định thực sự sẽ có nhật thực, nhưng không phải ở Babylon mà ở khoảng $49^\circ$ về phía tây của nó. Tuy nhiên, nhật thực được quan sát chính xác ở Babylon, từ đó chúng ta có thể kết luận rằng sự thay đổi góc trong dải nhật thực là do sự thay đổi đáng kể trong vận tốc góc quay của Trái đất. Để đánh giá, chúng tôi sẽ giả sử rằng vận tốc góc giảm đồng đều, nghĩa là với gốc góc không đổi $\beta = \Delta\omega/t$. Khoảng 2100 năm đã trôi qua kể từ nhật thực, hay $t = 6,7 \cdot 10^{10}$ giây. Bằng cách tương tự với chuyển động thẳng có tốc độ đều, chúng ta viết công thức tính sự phụ thuộc của độ biến thiên góc $\alpha$ ($\alpha = 49^\circ \approx 0,85$ rad) theo thời gian: $\alpha = \beta t^2/2$. Do đó có rễ góc, tức là vận tốc góc thay đổi nhanh chóng, $\beta = \Delta\omega/t \approx 3,8 \times 10^{-22} \text{ c}^{-2}$.

(Cuối cùng xem trang 42)