Dao động Chandler

Dao động Chandler hoặc biến thiên vĩ độ là một độ lệch nhỏ trong trục quay của Trái đất so với trái đất rắn, được phát hiện bởi nhà thiên văn học người Mỹ Seth Carlo Chandler vào năm 1891. Nó thay đổi khoảng 9 mét (30 ft) tại điểm mà trục giao nhau trên bề mặt Trái đất và có thời gian là 433 ngày. Sự chao đảo này, là một sự chương động, kết hợp với một sự chao đảo khác với thời gian một năm, do đó tổng chuyển động cực thay đổi trong khoảng thời gian khoảng 7 năm
Dao động Chandler là một ví dụ về loại chuyển động có thể xảy ra đối với một vật thể quay không phải là một hình cầu; đây được gọi là chương động tự do. Hơi khó hiểu, hướng của trục quay của Trái đất so với các ngôi sao cũng thay đổi theo các thời kỳ khác nhau và những chuyển động này do lực thủy triều của Mặt trăng và Mặt trời gây ra cũng được gọi là các hạt, trừ trường hợp chậm nhất, là tiên đề Equinoxes.

Phỏng đoán

Sự tồn tại của chương động tự do của Trái đất đã được Isaac Newton dự đoán trong Hệ quả 20 đến 22 của Dự luật 66, Quyển 1 trong Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, và bởi Leonhard Euler vào năm 1765 như một phần trong nghiên cứu của ông về động lực học của các vật thể quay. Dựa trên tính chất elip đã biết của Trái đất, Euler dự đoán rằng nó sẽ có thời gian là 305 ngày. Một số nhà thiên văn học đã tìm kiếm các chuyển động trong thời kỳ này, nhưng không tìm thấy. Đóng góp của Chandler là tìm kiếm các chuyển động ở bất kỳ thời điểm nào có thể; một khi dao động Chandler được quan sát, sự khác biệt giữa thời kỳ của nó và dự đoán của Euler đã được Simon Newcomb giải thích là do sự không cứng nhắc của Trái đất. Sự giải thích đầy đủ cho giai đoạn này cũng liên quan đến bản chất lỏng của lõi Trái đất và đại dương, sự rung chuyển, trên thực tế, tạo ra thủy triều đại dương rất nhỏ với biên độ xấp xỉ 6 mm (0,24 in), được gọi là "thủy triều cực", là thủy triều duy nhất không phải do một cơ thể ngoài trái đất gây ra. Mặc dù có biên độ nhỏ, hiệu ứng hấp dẫn của thủy triều cực dễ dàng được phát hiện bằng trọng lực siêu dẫn.
Bởi vì trái đất không phải là một cơ thể cứng nhắc, dao động Chandler sẽ chết dần với hằng số thời gian khoảng 68 năm . Các lý thuyết khác nhau đã được đề xuất để giải thích tại sao nó vẫn tồn tại mặc dù trái đất đã tồn tại lâu hơn 68 năm (xem bên dưới).

Nỗ lực đo lường

Các đài quan sát Vĩ độ Quốc tế được thành lập vào năm 1899 để đo lường sự dao động. Những đài quan sát này cung cấp dữ liệu về Chandler và sự dao động hàng năm trong hầu hết thế kỷ 20, mặc dù cuối cùng họ đã bị thay thế bởi các phương pháp đo lường khác. Việc giám sát chuyển động cực hiện được thực hiện bởi Cục Xoay Trái đất Quốc tế.
Biên độ của dao động đã thay đổi kể từ khi được phát hiện, đạt kích thước lớn nhất vào năm 1910 và dao động đáng chú ý từ thập kỷ này sang thập kỷ khác. Vào năm 2009, phân tích của Malkin & Miller về Cục Hệ thống Tham chiếu và Xoay Trái đất Quốc tế (IERS) Dữ liệu chuỗi thời gian tọa độ cực từ tháng 1 năm 1946 đến tháng 1 năm 2009 cho thấy ba lần đảo ngược pha, vào năm 1850, 1920 và 2005.

Giả thuyết

Vì dao động Chandler sẽ chết dần trong vài thập kỷ hoặc thế kỷ, nên phải có những ảnh hưởng liên tục kích thích lại nó. Mặc dù phải do sự thay đổi trong phân bố khối lượng hoặc động lượng góc của lõi ngoài, khí quyển, đại dương hoặc vỏ trái đất (từ động đất), trong một thời gian dài, nguồn thực tế không rõ ràng, vì dường như không có chuyển động nào phù hợp với những gì đã dẫn đến dao động.
Một cuộc điều tra đã được thực hiện vào năm 2001 bởi Richard Gross tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực do Viện Công nghệ California quản lý. Ông đã sử dụng các mô hình động lượng góc của khí quyển và đại dương trong các mô phỏng máy tính để chỉ ra rằng từ năm 1985 đến năm 1996, dao động Chandler bị kích thích bởi sự kết hợp của các quá trình khí quyển và đại dương, với cơ chế kích thích chủ yếu là biến động áp suất dưới đáy đại dương. Gross nhận thấy rằng hai phần ba "sự dao động" là do áp lực dao động dưới đáy biển, do đó, là do sự thay đổi trong sự lưu thông của các đại dương gây ra bởi sự thay đổi của nhiệt độ, độ mặn và gió. Thứ ba còn lại là do biến động khí quyển.