火星边跑边鸡啄米似的点头,地球也一样,原因都不完全明了

很多人都玩过陀螺,当它在平面上旋转的时候,会绕着自己的轴转动,如果没有摩擦力,没有各种阻力,陀螺将绕着自己的轴不停地旋转下去。
但现实中的陀螺显然不是完美的陀螺,平面也不是完全理想的平面,周围气流也可能会发生改变,所以陀螺在运行中自转轴会稍有晃动,运行一段时间后会因为各种力量影响,晃动越来越大,最终倒下。
那么星球在太空中转动,会不会也发生晃动呢?
来自美国宇航局(NASA)喷气推进实验室航空工程师亚历克斯·科诺普利夫(Alex Konopliv)团队的一项新研究表明,火星也在太空中晃动,平均207天晃动一周,这意味着火星的自转轴实际并未指向一个方向,而是在太空中不断画圈。
这种晃动被称为钱德勒摆动,火星是宇宙中已知第二颗出现钱德勒摆动的星球。那么第一颗是谁呢?

钱德勒摆动

当然是地球。
钱德勒摆动(Chandler wobble),又称为钱德勒震颤,1891年由美国天文学家赛斯·卡罗·钱德勒发现,指地球自转轴相对于地球表面的小幅度运动。
钱德勒摆动是地球自由章动的一种,而地球的自由章动是指在地球上某种内力作用下,或地球上物质移动调整时,引发的地球自转速度变化及摆动。
1891年钱德勒发现了两种摆动,一种是气候变化如大气、海洋、陆地水、冰川等物质的质量迁移,包括风和洋流引发的受迫摆动,周期为一年,所以称为周年极移。
另一种就是钱德勒摆动,周期为433天,在地球表面的摆动幅度约为3到6米,与地球内核的质量分布、角动量、大气层、海洋或地壳有关,但实际原因并不明朗,目前认为海洋洋底压力变化和大气质量变化可以解释60%左右的钱德勒摆动。
总而言之,地球的晃动和地球高度活跃有关,包括地表大气、水的运动及内部的各种运动等,导致了质量达60万亿亿吨的庞然大物,在太空里也会不由自主地“踉跄”前行。如果在地球的自转轴上装上一个鸡头,你在太空里观察就会发现,地球一边跑,一边还在不断地点头,就像鸡啄米一样,是不是很好玩呢?

难以解释的火星鸡啄米

不仅地球,火星也会鸡啄米!
NASA团队利用2001火星奥德赛号、火星勘测轨道飞行器和火星全球勘测者号卫星18年来收集的资料数据,对火星的摆动进行了计算,结果发现,火星同样也出现了钱德勒摆动,只是幅度比地球要小得多,在地表上只有约10厘米,周期为206.9±0.5天。如果从火星北极观察,其运动方向近似为逆时针方向。
这就让人有些百思不得其解了。
按照物理规律,任何非理想状态的自由摆动,都会受到阻尼导致振幅下降,最终停止下来。地球并不是一个完美的刚体,所以钱德勒摆动也会因地球内部的非完全弹性而逐渐变慢,最终在约68年的时间里消失而不再摇头晃脑鸡啄米。
正是因为地球高度活跃的性质,钱德勒摆动才得以不断激发,让地球在经历了早就已经数不清的无数个68年后,依然在太空里一边跑路一边点头。
而火星已差不多成为一颗“死”的行星,地核早已冷却,也没有火山爆发,表面也没有海洋、湖泊和河流,怎么45亿年了还在太空里边跑变摇头晃脑呢?按理说早就该停下来,踱着方步,四平八稳地矜持前行,不应该再像地球一样鸡啄米似的轻佻吧?
目前科学家们还无法解释这个现象,不过火星上也有稀薄的大气层,火星摆动的幅度也比地球小得多,会不会这就是激发钱德勒摆动的原因呢?研究人员认为,可能还要到火星的地壳、地幔中才能找到真正的原因,或许未来更多的研究会揭穿这个谜底。
这项研究去年10月发表在《地球物理研究快报》上。
参考:
Geophysical Research Letters:Detection of the Chandler Wobble of Mars From Orbiting Spacecraft
WIKI百科:Chandler wobble
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