題:
啥叫錢德勒擺動啊
2004-11-27 22:36:14 UTC
錢德勒擺動是如何發現的...對我們有啥影響嗎
二 答案:
2004-11-29 09:54:48 UTC
  打從歐拉的理論研究以後,就不斷有人企圖從天文位置測量的紀錄中,尋找地球擺動的證據。根據理論,這擺動是一種自由振盪,固有週期是地球橢率的倒數,也就是大約300天。但多年尋覓,仍舊芳蹤杳然。一直到十九世紀末,才有了突破──錢德勒一舉發現了兩種擺動:一種週期是一年,另一種週期是大約14個月。



  年擺動的原因,大概總不外乎是天候的變化,比較好辦。可是14個月的擺動又是什麼?



  不久,就有人提出了解釋,而真相大白。原來歐拉的300天擺動,是在理論上假定地球是剛體而得到的。但是地球不是剛體,頂多只能視為一彈性體,自由擺動的週期因而增長為14個月。這項地球的擺動,也從此被稱做「錢德勒擺動」。1900年起,國際間就成立了觀測極移的專司機構。多年來留下了一批寶貴的資料。



  為什麼極移軌跡是逆時鐘的?很簡單,因為錢德勒擺動照理確實是與地球自轉同向的。為什麼又有繞圈漸大、漸小的現象?也不難,這是因為年擺動和錢德勒擺動二者疊加的效果──由於二者週期相近,振幅又差不多,疊加起來就有了在力學、聲學中常見的「拍」(beat)現象。在數據處理中,兩種擺動很容易分開,例如使用傅立葉分析(Fourier analysis)即可。



  為什麼只觀測到兩個這麼相近的週期呢?是巧合嗎?難道沒有其他週期性的擺動嗎?例如半年擺動,或順時鐘方向的年擺動(週期相當於「負」一年)之類?這是由於物理學中有名的共振現象。自由錢德勒擺動週期是14個月,只有靠近這週期的擺動,才較容易被激發。較遠離的週期,就算存在,也已被壓抑,振幅太小而不彰顯。



  到現在為止,我們還沒有真正談到這兩種擺動的確實來歷──動力來源是什麼。年擺動,就像週年和半年的日長變化一樣,既然是季節性的,顯然是由氣候變化所激發的。與日長變化不同的是:根據最好的氣象、水文數據,把大氣團游移、風場變化以及雨雪消長等重要因素,都仔細估算並疊加後,還是不能圓滿地解釋所觀測到的年擺動。洩氣之餘,恐怕只好歸罪到其他尚未考慮到的因素,例如洋流、地下水和雪原的季節變化等等。可惜這些都缺乏全球規模的數據,猶待日後努力。



  至於錢德勒擺動,你說:「既然它是『自由』擺動,就該擺個不停,又需要什麼激發源呢?」話雖不錯,但就像一個搖盪的鞦韆,終將歸於靜止一樣,錢德勒擺動也會因地球內部的非完全彈性,而將能量耗散,遲早(也許幾十年)會停擺。所以,它的存在以及振幅的維持,正表示有些什麼事物不斷地在激發它。好比你每隔一會兒就去推一下那鞦韆,那麼它就永不停擺了。



  的確,你馬上發現,極移軌跡並不是很平滑的。凹凸、轉折處比比皆是,這正是錢德勒擺動被「推」、被激發的痕跡!可是,這無形之手又是誰呢?



  最顯而易見的「嫌疑犯」,仍舊是大氣變化。前面提過,大氣角動量雖然主要是季節性的,卻也不是平順年年如一的,而每每有短促以至年際的變化。取實際數據做定量計算後,卻發現:一來這些大氣變化力道不足,差了好幾倍;二來與極移軌跡相對照時,其相干性有時尚佳,有時毫不相干。是不是因為氣象數據還不夠好、不夠全呢?有可能。然而更可能的是,大氣變化只是個次號共犯。



  另一長久以來被懷疑的是:地震。地震涉及斷層物質的錯動,可以改變地球的慣性矩,從而激發錢德勒擺動。這是個很有趣的假說。早期有人用很簡陋的模型,理論估計一下地震斷層附近的物質錯動,馬上可以推斷:地震的影響太微不足道了。可是,後來人們對地震的認識增加了,了解到地震牽動的物質錯動,並不局限在震央附近,而是全球性的。於是,定量計算之下,赫然發現,類似1960年的智利大地震,或1964年的阿拉斯加大地震,足可激發擺動達好幾十公分!這麼大的激發量,較之圖七軌跡的凹凸轉折量,是綽綽有餘。可惜當時的極移觀測精度太差,無法用來判明。更糟的是:今天我們雖然有了很好的極移



  觀測,大地震卻付闕如。即使是1964年以來的最大地震──1977年印尼大地震,比起前述兩者都要小了好幾十倍,它留下的極移激發痕跡又太小了,所以仍舊無法判明。



  你說:「個別大地震不提,每年成百上千的較小地震,效果疊加起來,夠不夠呢?」答案仍是否定的,因為地震的大小是以指數下降的;較小的地震,多則多矣,畢竟是不管用。



  錢德勒擺動的激發源倒底是什麼呢?這問題困擾了地球物理學家將近一百年了,始終疑團未解,令人汗顏不置!



另外有篇英文的文章,其中有一段是



Writing in the August 1 issue of Geophysical Research Letters, Richard S. Gross of NASA's Jet Propulsion Laboratory reports that the principal cause of the Chandler wobble is fluctuating pressure on the bottom of the ocean, caused by temperature and salinity changes and wind-driven changes in the circulation of the oceans. He determined this by applying numerical models of the oceans, which have only recently become available through the work of other researchers, to data on the Chandler wobble obtained during the years 1985-1995. Gross calculated that two-thirds of the Chandler wobble is caused by ocean-bottom pressure changes and the remaining one-third by fluctuations in atmospheric pressure. He says that the effect of atmospheric winds and ocean currents on the wobble was minor.



原文請參考http://www.agu.org/sci_soc/prrl/prrl0021.html
2004-11-28 16:01:38 UTC
請問你說的是"歲差"現象嗎

也就是物理上的"進動"


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