Сезонные изменения определенно влияют на положение центра масс Земли, поскольку происходит перемещение водных и воздушных масс, деформация коры планеты и перераспределяются ледяные и снежные покровы. До конца XX века это мало кого волновало, но с началом спутниковой навигации колебания центра масс Земли стали вносить ошибки в сигналы GPS, снижая точность определения высоты и координат. В NASA решили с этим бороться и добились успехов.
Источник изображения: NASA
В частности, учёные NASA разработали новый метод определения положения центра масс Земли, который позволяет отслеживать его сезонные смещения с точностью до нескольких миллиметров. Центр масс, или геоцентр, не совпадает с геометрическим центром планеты: движение огромных масс воды, льда и атмосферного воздуха заставляет его перемещаться на несколько миллиметров в разных направлениях. Это важно не только для геофизики — положение геоцентра используется как опорная точка при спутниковой навигации, картографии и измерении высот. Предыдущие международные оценки 2017 и 2023 годов различались на 7 мм, что оказалось сопоставимо с самим измеряемым эффектом.
Метод, разработанный геофизиком NASA JPL Дональдом Аргусом (Donald Argus) и его коллегами, основан на сверхточном отслеживании спутников. Поскольку спутники движутся под действием гравитации вокруг центра масс Земли, малейшие изменения их орбит позволяют определить, куда сместился геоцентр. В отличие от традиционного лазерного наблюдения за спутниками LAGEOS, новая методика объединяет GPS-наблюдения и данные об орбитах нескольких низкоорбитальных аппаратов. Кроме того, исследователи учитывают деформацию земной коры под действием сезонно меняющейся нагрузки воды и льда, что компенсирует ошибки, связанные со смещением наземных станций.
Расчёты показали, что годовые колебания геоцентра примерно вдвое меньше, чем считалось восемь лет назад. Основной вклад в них вносят океаны, атмосфера и континентальные воды, включая снег, ледники, озёра, реки, почвенную и грунтовую воду. Например, максимальное накопление снега в Северной Америке и Евразии в марте смещает центр масс примерно на 3 мм в сторону Северного полюса. В апреле масса дождевой воды в бассейне Амазонки достигает около 2400 Гт и перемещает геоцентр примерно на 2,2 мм в сторону Южной Америки. Осенью большое количество талой воды и осадков увеличивает массу океанов, причём особенно заметен вклад Тихого океана.
Полученные результаты согласуются с независимыми измерениями космической миссии GRACE-FO, запущенной в 2018 году. Два спутника миссии летают строем и постоянно измеряют изменение расстояния между собой: когда ведущий аппарат проходит над областью с повышенной массой, например заполненным водой речным бассейном, усиление гравитационного притяжения немного изменяет расстояние до второго спутника. За месяц такие измерения позволяют построить карту перераспределения поверхностной массы Земли. NASA планирует продолжить этот почти 25-летний ряд наблюдений с помощью следующей миссии GRACE-C, запуск которой намечен на конец 2028 года.