Centrul de masă al Pământului se mișcă permanent. NASA a reușit să măsoare cu o precizie mai mare deplasările misterioase

Deplasarea este atât de mică încât nu poate fi observată direct, însă are o importanță majoră pentru știință și pentru tehnologiile moderne. Poziția centrului de masă al planetei este utilizată ca reper în sisteme de navigație, cartografiere și măsurători geodezice.

O echipă coordonată de cercetători de la Jet Propulsion Laboratory (JPL), laborator al NASA din California, a pus la punct o metodă prin care poate urmări mai exact felul în care centrul de masă al Pământului se deplasează de-a lungul anului.

Rezultatele cercetării au fost prezentate într-un studiu publicat în revista Geophysical Journal International.

De ce se mișcă centrul de masă al Pământului

Dacă planeta noastră ar fi perfect omogenă și complet rigidă, centrul geometric și centrul de masă ar coincide. În realitate, Pământul este într-o continuă transformare, arată Science Daily.

Cantități uriașe de apă se evaporă, cad sub formă de precipitații, se acumulează în zăpadă și ghețari sau ajung în oceane și în subteran. În același timp, atmosfera își schimbă distribuția în funcție de anotimp.

Toate aceste procese modifică, chiar dacă extrem de puțin, distribuția masei planetei. Ca urmare, centrul de masă al Pământului se deplasează în raport cu centrul său geometric.

Variațiile sunt de ordinul milimetrilor, dar pentru cercetătorii care lucrează cu sisteme de poziționare extrem de precise, asemenea diferențe sunt importante.

O diferență de 7 milimetri între două estimări internaționale

Determinarea exactă a poziției centrului de masă al Pământului este o problemă complexă pentru oamenii de știință.

Estimările internaționale realizate în 2017 și 2023 au prezentat o diferență de aproximativ 7 milimetri. Diferența este semnificativă tocmai pentru că se apropie de dimensiunea mișcării pe care cercetătorii încearcă să o determine.

Donald Argus, geolog la JPL, a coordonat dezvoltarea unei noi metode menite să reducă această incertitudine.

Cercetătorii au combinat mai multe tipuri de date: măsurători realizate cu lasere, informații GPS și date referitoare la orbitele sateliților aflați în jurul Pământului.

În plus, au ținut cont de un fenomen important: greutatea apei și a gheții poate deforma foarte ușor scoarța terestră. Prin urmare, nu doar centrul de masă se deplasează, ci și stațiile de la sol folosite pentru efectuarea măsurătorilor pot avea mișcări foarte mici.

LAGEOS, sateliții folosiți pentru măsurători de mare precizie

Un rol important în aceste cercetări îl au sateliții LAGEOS 1 și LAGEOS 2. Primul a fost lansat în 1976, iar al doilea în 1992.

Cei doi sateliți au aproximativ 408 kilograme fiecare și sunt acoperiți cu prisme reflectorizante. Stații de urmărire amplasate în peste 20 de țări trimit fascicule laser către sateliți și măsoară cu mare precizie timpul necesar pentru revenirea semnalului.

Prin combinarea acestor date cu observații GPS și informații provenite de la alți sateliți, oamenii de știință pot determina mai precis modificările poziției centrului de masă al Pământului.

Noua abordare permite, astfel, o imagine mai completă decât cea obținută doar prin intermediul rețelelor de stații laser, care nu sunt distribuite uniform pe glob.

Zăpada și ploile pot deplasa centrul Pământului

Cercetarea arată că mișcarea sezonieră a centrului de masă este influențată în principal de trei mari componente: oceanele, atmosfera și apa aflată pe continente.

Aici intră zăpada, ghețarii, râurile, lacurile, umiditatea din sol și apa subterană.

Un exemplu este reprezentat de zăpada acumulată în America de Nord și Eurasia. Cantitatea acesteia atinge un maxim în luna martie, iar masa suplimentară determină deplasarea centrului de masă cu aproximativ 3 milimetri către nord.

În aprilie, o altă modificare importantă apare în regiunea Amazonului. Bazinul fluviului poate acumula aproximativ 2.400 de gigatone de apă provenită din precipitații. Această cantitate uriașă contribuie la deplasarea centrului de masă cu circa 2,2 milimetri spre America de Sud.

Și ploile musonice din Asia de Sud-Est au un rol, cantitatea de apă acumulată în această regiune atingând valori maxime în anumite perioade ale anului.

Oceanul Pacific are un rol esențial

Oceanele reprezintă o altă componentă majoră a procesului.

În perioada august-octombrie, apa provenită din topirea gheții și din precipitații ajunge în oceane, modificând distribuția masei de pe planetă. Din cauza dimensiunii sale impresionante, Oceanul Pacific are o influență deosebit de mare asupra acestei redistribuiri.

Și alte mări contribuie, într-o măsură mai redusă, la fenomen. Printre acestea se numără Marea Mediterană, Marea Roșie, Marea Nordului, Marea Baltică și Marea Barents.

Prin urmare, centrul de masă al Pământului nu urmează o traiectorie complet aleatorie. Deplasarea sa este strâns legată de ciclurile naturale ale apei și atmosferei.

Și aerul schimbă poziția centrului de masă

Nu doar apa și gheața contează. Atmosfera contribuie, la rândul ei, la schimbarea distribuției masei planetei.

Cercetătorii au utilizat un model meteorologic european pentru a estima efectul variațiilor atmosferice. Aerul rece este mai dens, iar acumularea acestuia în anumite regiuni poate influența poziția centrului de masă.

În jurul solstițiului de iarnă, efectul este asociat cu regiuni precum Peninsula Arabică, Asia și nordul Africii. În apropierea solstițiului de vară, influența se deplasează către America de Sud și Africa de Sud.

Misiunea GRACE-FO confirmă rezultatele

O parte importantă a validării noilor estimări vine de la misiunea GRACE-FO, lansată în 2018.

Cei doi sateliți ai misiunii monitorizează modificările câmpului gravitațional al Pământului. Aceste schimbări sunt influențate în mare măsură de redistribuirea apei la suprafața planetei și în subteran.

Sateliții zboară unul în spatele celuilalt, iar distanța dintre ei este măsurată cu o precizie extrem de ridicată. Atunci când trec deasupra unei regiuni unde s-a acumulat o cantitate mare de apă, modificarea gravitației poate influența distanța dintre cei doi sateliți.

Datele obținute prin această misiune se potrivesc cu rezultatele noii metode dezvoltate de echipa coordonată de NASA.

NASA pregătește următoarea etapă a cercetărilor

Potrivit cercetătorilor, amplitudinea mișcării anuale a centrului de masă al Pământului este aproximativ la jumătate față de estimările făcute în urmă cu opt ani.

Rezultatul sugerează că schimburile de apă și aer dintre cele două emisfere sunt mai reduse decât se presupunea anterior.

Deși vorbim despre deplasări de numai câțiva milimetri, implicațiile sunt importante pentru tehnologiile care depind de poziționarea precisă pe glob. Navigația prin satelit, cartografierea, transporturile și agricultura de precizie sunt doar câteva dintre domeniile care beneficiază de sisteme de referință cât mai exacte.

Cercetătorii se pregătesc deja pentru următoarea generație de observații. Misiunea GRACE-C, programată pentru sfârșitul anului 2028, ar urma să continue seria de măsurători care urmărește de aproape un sfert de secol felul în care apa și masa se redistribuie pe planeta noastră.

Astfel, ceea ce pare la prima vedere o mișcare neînsemnată de câțiva milimetri devine o adevărată fereastră către modul în care funcționează Pământul și către schimbările permanente care au loc pe suprafața sa.