دانشمندان حرکت مرکز جرم زمین را با دقتی کمتر از یک میلی‌متر اندازه گرفتند

اگر از شما بپرسند مرکز جرم زمین کجاست، احتمالاً می‌گویید جایی نزدیک مرکز سیاره. پاسخ درست است؛ اما برای کاربردهای علمی دقت کافی ندارد. مرکز جرم زمین نقطه‌ای ثابت نیست و با تغییر فصل‌ها اندکی جابه‌جا می‌شود. پژوهشگران اکنون توانسته‌اند جابه‌جایی را با دقتی کمتر از یک میلی‌متر ردیابی کنند. یافته‌های تازه نشان می‌دهد حرکت بسیار کمتر از چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد.

مرکز جرم، نقطه‌ای است که می‌توان جرم کل یک جسم را از نظر محاسباتی در آن متمرکز در نظر گرفت. حتی مرکز جرم مشترکزمینو ماه که «مرکز جرم سامانه» یا بری‌سنتر نام دارد، درون زمین قرار گرفته و حدود ۱۶۰۰ کیلومتر زیر سطح آن است.

ناسا می‌گوید موقعیت این نقطه که با اندازه‌گیری‌های انجام‌شده از سطح زمین تعیین می‌شود، چارچوب مرجعی برای محاسبه‌ی حرکت نسبی نقاط روی سطح زمین، در جو و در فضا فراهم می‌کند. این اطلاعات برای مطالعه‌ی تغییرات سطح جهانی دریاها، زمین‌لرزه‌ها، آتشفشان‌ها و واکنش زمین به عقب‌نشینی صفحات یخی پس از آخرین عصر یخبندان اهمیت دارد.

زمین کره‌ای کامل نیست و شکل آن نیز دائماً تحت‌تأثیر نیروهای زمین‌ساختی و اقلیمی تغییر می‌کند. دانشمندان برای تعیین دقیق مرکز جرم زمین از ماهواره‌ها و اندازه‌گیری اثر گرانشی زمین بر حرکت آن‌ها استفاده کرده‌اند.

به‌گزارشآی‌اف‌ال‌ساینستیمی متشکل از پژوهشگران آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL)، دانشگاه نوادا، دانشگاه مونتانا و مرکز هلمهولتز برای علوم زمین در آلمان، در پژوهشی تازه اندازه‌گیری‌های قبلی را با دقتی بیشتر ارزیابی کردند. تیم تأثیر عواملی مانند وزن آب بر تغییر شکل پوسته زمین را نیز در نظر گرفتند؛ تغییری که می‌تواند موقعیت ایستگاه‌های زمینی را جابه‌جا کند.

پژوهشگران با ترکیب ردیابی دقیق GPS و داده‌های مداری چند ماهواره دیگر در مدار پایین زمین، توانستند حرکت مرکز جرم زمین، یا «ژئومرکز» را در طول سال ردیابی کنند. این جابه‌جایی به معنای حرکت خودِ توده‌ی زمین نیست. تغییرات فصلی در میزان آب اقیانوس‌ها، آب‌های قاره‌ای و جرم جو باعث می‌شوند ژئومرکز اندکی جابه‌جا شود.

برای مثال، با افزایش انباشت برف در آمریکای شمالی و اوراسیا در حوالی ماه مارس، ژئومرکز حدود ۳ میلی‌متر به سمت قطب شمال حرکت می‌کند. در ماه آوریل نیز انباشت آب باران در حوضه آمازون باعث می‌شود مرکز جرم زمین حدود ۲٫۲ میلی‌متر به سمت آمریکای جنوبی جابه‌جا شود.

فصل باران‌های موسمی نیز با افزایش حجم آب، اندکی موقعیت مرکز جرم را تغییر می‌دهد. بین ماه‌های اوت و اکتبر، افزایش آب حاصل از ذوب یخ‌ها در اقیانوس‌ها مرکز جرم را به سمت اقیانوس آرام می‌برد و تغییرات ایجادشده در دیگر اقیانوس‌ها را تا حد زیادی می‌پوشاند. تغییرات جرم جو نیز در این جابه‌جایی نقش دارد.

مدل مرکز اروپایی پیش‌بینی وضع هوا در میان‌مدت نشان می‌دهد تغییرات جرم جو سهم قابل‌توجهی در انتقال جرم بین دو نیم‌کره دارند. بر اساس مدل، بیشترین جرم جو در ماه ژوئیه رخ می‌دهد؛ یعنی سه ماه پس از بیشینه جرم آب قاره‌ای و سه ماه پیش از بیشینه جرم آب اقیانوس‌ها.

پژوهشگران در آزمونی مستقل نیز دریافتند برآوردهای مرکز جرم حاصل از تعیین مدار ماهواره‌ها، با تغییرات جرم جو، اقیانوس‌ها و آب‌های قاره‌ای در مدل‌های ژئوفیزیکی سازگاری بالایی دارد.

اما مهم‌ترین یافته‌ی پژوهش، اندازه‌|ی اندک این جابه‌جایی‌ها بود. دونالد آرگوس، عضو تیم پژوهش، می‌گوید: «اکنون برآورد می‌کنیم اندازه حرکت رفت‌وبرگشتی مرکز جرم زمین در هر سال حدود نصف چیزی باشد که هشت سال پیش تصور می‌کردیم. یافته‌های ما نشان می‌دهد مقدار آب و هوای زمین که بین دو نیم‌کره جابه‌جا می‌شود، کمتر از چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد.»

تغییرات شاید ناچیز به نظر برسند، اما اندازه‌گیری دقیق برای فناوری‌های امروزی اهمیت بالایی دارد. فلیکس لندرر، یکی از نویسندگان مطالعه، می‌گوید: «دنیای مدرن به اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق موقعیت وابسته است. شناخت سازوکارهایی که چارچوب‌های مرجع را تغییر می‌دهند، می‌تواند به ساخت چارچوب‌های مرجع دقیق‌تر و در نهایت به بهبود نقشه‌برداری و ناوبری، از حمل‌ونقل جهانی گرفته تا کشاورزی دقیق، کمک کند.»

پژوهش در نشریه‌یGeophysical Journal Internationalمنتشر شده است.