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引言
1891年美國天文學家錢德勒(Chandler)根據200多年所積累的緯度觀測資料分析,得到極移譜的特徵具有兩個主峰,一個位於12個月左右,另一個在14個月附近,後者被稱為是著名的錢德勒周期。
就在錢德勒發現極移具有這兩個周期的第二年,紐康(Newcomb,1892)[2]搶先宣稱已解決了這個問題。
聲稱:12個月左右的周期是一種受迫擺動,是由於受大氣、海洋、地表水和地下水等各自內部及其間的季節性重新分佈的激發所致;14個月左右的周期就是歐勒(Euler,1765)用剛體力學所證明的剛體地球的自由章動周期(305天),地球和海洋的屈服正好使這個周期從10個月增長到14個月,其中的四分之一是由於海洋的運動引起的,而其餘部分則是由於地球的彈性屈服所致。
進入20世紀以來,多數學者認為極移運動的周年期分量應是由與氣象因素有關的質量重新分佈所致。
1916年,以傑弗里斯(Jeffreys)為代表的一批學者,根據地球上的大氣和海洋運動,降雨量,植物和極區冰冠的影響等,對這些激發函數作出詳細的定量計算,其計算值與觀測結果的對比中可知,它們符合的並不好。
顯然,該問題並沒有得到解決.令人費解的是,其後的近百年來,世界各國的地球物理學家都幾乎一致認為,這個問題已經解決了,並以十分肯定語氣堅持用這一觀點解釋觀測的周年期地極移動。
把計算值與觀測結果之間的出入歸結於激發函數的資料使用不適當、忽略掉了一些激發函數及天文觀測資料的系統差等上面。
對錢德勒擺動(周期為14個月附近),20世紀初以來,世界各國的地球物理學家基本上都是按照紐康的思路去研究的,即利用地球自轉運動的歐勒方程推導出的劉維(Liouville,1858)方程求解地球的自由章動周期。
1949年之後,以傑弗里斯為代表的一批學者設計了各種地球模型進行計算,求出地球的自由章動周期可達400天左右。
對固體地球解算出的400天周期與觀測的錢德勒周期之間的偏差歸因於全球的海洋運動,這個結論曾得到豪布里希與芒克(Haubrich and Munk,1959)的支持.前兩項相加得出地球的自由章動總周期大約是420天到440天,與觀測結果大體相一致。
上述理論的計算十分複雜,計算結果均是在對地核流體運動的形式附加一些限制條件下得出的,有些計算含糊費解。對此,蘭伯克(Lambeck,1978)等認為,上述計算結果還難以確定與觀測的錢德勒周期有何關係,不能認為極移成因問題已透徹解決了。
在20世紀60年代,國外有些地球物理學家把引起極移運動力源的研究寄托在大地震激發假說上,理由是大地震能造成大規模的質量遷移,使地球的轉動慣量發生變化,從而激發了極移。
後經過仔細的研究認為:大地震激發的能量太小;更不能解釋觀測的極移運動特徵及定量計算它所包含的兩個周期.因此,這個假說出現後不久自然就被拋棄了。
自錢德勒時代後的一百多年來,儘管人們在探索極移成因的道路上屢戰屢敗,但隨着人們對天文觀測資料的不斷深入分析,對錢德勒擺動的激發力源特性還是觸摸到了一些確定可靠的信息,即認識到維持錢德勒擺動的激發力源應具有兩個主要特徵:
(1)從近百年的觀測資料看來,激發力源是十分穩定的和長期存在的;但在其任一激發周期時段內,其激發力源隨時間的分佈又是變化的、不大規則的。
(2)激發力源對自轉軸擺動的激發周期與地球繞太陽運動的周期同步(12個月).這種信息提醒我們,難道錢德勒擺動的激發源是來自於太陽嗎?這與傳統的觀念可大相徑庭啊!
由此看來,是否敢於摒棄過去認為錢德勒擺動的激發力源來自地球內部的傳統觀念,把尋找激發力源的目標鎖定在日-地間動量(能量)相耦合機制的研究上,則是突破錢德勒擺動成因難題的關鍵。
在我國,固體地球物理學的研究與地質學的研究一樣,確實存在着「三多三少」現象,即:證明西方學者提出的假說和理論的研究多,提出我國自己的假說和理論少;單一科學封閉式研究多,真正意義上的多學科交叉與綜合集成研究少;模仿性研究多,獨創性的成果少。
對極移成因的認識,目前國內多數權威專家仍然堅持西方學者提出的觀點:把尋找極移激發力源的目標局限於地球的內部(包括大氣圈);極移擺動周期只能通過解劉維方程求得的計算結果才能獲得認可。
驗證
衡量極移成因的研究是否獲得成功,可以用能否解析如下三個根本問題進行驗證:
(1)激發力源應是自然界天然存在的、可以用牛頓力學來估算作用力大小的、並作用於自轉軸上的周年期(12個月)激發力源;該力源能激發地球自轉軸擺動並引起轉動慣量的變化而形成極移;確認極移必然含有兩個特有的周期分量,定量地計算出它的周期。
(2)定量地計算和解釋天文觀測的極移運動周期漲落變化及所含兩個周期分量漲落變化的原因.因為觀測的極移運動及其所含的兩個周期分量都有漲落變化,特別是錢德勒周期變化範圍較大,約在425～440天之間.從物理學的概念出發,自然界還沒有發現一種擺動必定拌隨有象錢德勒擺動那樣會有425～440天漲落的周期變化,周期的任何變化都直接與動力學定律相矛盾。
(3)近三百年的天文觀測未發現極移振幅有任何漸自減弱的現象,說明激發源必須是天然存在的、十分穩定的和長期保持不變的。
20世紀以來,世界上有不少地球物理學家(以Jeffreys為代表),為探討上述三個基本問題付出了畢生的全部精力,幾乎把地球內部(包括大氣圈)所有可能激發極移的力源都進行篩選和研究過了,但這三個難題的謎底始終無人能破解。
1968年,傑弗里斯又把觀測的錢德勒周期確定為434.3±2.2天,這與以前觀測的錢德勒周期是矛盾的,似乎錢德勒周期又變為單值了,其中的深層原因又是什麼呢?長期的困惑及觀測數據自相矛盾問題的出現,足以說明近一百多年來以紐康觀點為基礎衍生出的各種極移成因理論都是錯誤的,極移成因的研究思路需另闢新的途徑。
1992年,宋貫一提出了極移的太陽光壓成因理論,經近十五年的探索與研究,終於在2006年,對極移的成因及其移動特徵的研究上取得了突破性的進展。
顯然,對這種新理論的評價和鑒定,需用上述三個根本問題是否解決去衡量.本文僅對天文觀測出的極移運動周期漲落變化及其所包含的兩個周期分量漲落變化的成因作出詳細的解析,依此對極移光壓成因理論是否正確作出鑒定。
擺動周期變化的原因解析
由20世紀以來的天文觀測資料分析得到的極移振幅譜可以看出:周年擺動的峰頂極窄,可認為是單值的,其擺動周期為12個月,1周/年;錢德勒擺動的峰頂較平緩,是有漲落的,其擺動周期集中位於14個月附近,變化於425～440天之間,平均約為0.85周/年。
宋貫一(2006)發現日-地之間存在一種奇特的能量(動量)相耦合的自然現象:當太陽輻射光壓作用於地表之後,地球表面物質的特殊物理性質會自然地把太陽輻射光壓立刻分解為兩部分,即P1和P2。
其中P1為全球各緯度帶內單位海洋和陸地表面接收到的等值光壓(P1為隨時間和緯度而變化的變量)。在一回歸年的時段內,由P1在北、南兩半球上的不平衡分佈激發自轉軸擺動,引起轉動慣量的變化(該變化是目前所了解到的地球轉動慣量的最大變化)併產生極移,該項極移運動的周期為12個月。
P,在北、南半球上的分佈相對赤道是基本對稱的和規則的,它對自轉軸的激發可稱謂「規則性激發」;P2為全球各緯度帶內單位陸地和海洋表面接收到的光壓值之差(P2為隨時間和緯度而變化的變量)。
在一回歸年的時段,由P2在北、南兩半球上的不平衡分佈激發自轉軸擺動而產生的極移運動周期為14個月附近.P2在北、南兩半球上的分佈相對赤道是不對稱和不規則的,它對自轉軸擺動的激發可稱謂「不規則性激發」。
這種自然現象恰恰是近幾十年來世界各國地球物理學家渴望尋找的那種既作用於自轉軸上、又是一不大規則的周年期(12個月)激發力源.正是這一奇特自然現象的發現,才使天文觀測的極移運動及其所包含兩個周期分量的成因及其漲落變化之謎得以破解成為可能。
結論
依據宋貫一(2006)發表的《極移的成因及其移動特徵》一文中的資料,作者對天文觀測的極移運動及其所包含的兩個周期分量漲落變化的成因作出了詳細的解析,並得出如下結論:
(1)極移運動主要是由太陽光壓P1和P2共同激發引起的.觀測的極移擺動周期變化是太陽光壓(P1+P2)激發自轉軸擺動過程中,在空間上自轉軸的擺動中心相對自轉軸中心(地心)移動造成的,由於以往的觀測者不知道自轉軸的擺動中心會相對自轉軸中心(地心)移動,因此造成觀測的極移擺動周期不是單值的,而是在395～403±2天(13.0～13.3個月)之間變化。
(2)極移所含的周年期擺動是由太陽光壓P1激發的.觀測的周年期擺動周期漲落變化很小,變化於365.24～365.53天之間.在一回歸年內,由於日-地間距離的變化,使地球表面接受到的太陽輻射光能產生微小差異則是造成觀測的周年擺動周期稍有漲落變化的原因。
(3)極移所含的錢德勒擺動是由太陽光壓P2激發的.錢德勒擺動周期變化的原因是太陽光壓P2激發自轉軸擺動過程中,在空間上自轉軸的擺動中心相對自轉軸中心(地心)移動造成的.觀測者若以自轉軸擺動中心計算,錢德勒擺動周期應為426±2天(下限)。
觀測者若以自轉軸中心(地心)作為自轉軸擺動中心計算,錢德勒擺動周期應為437±2天(上限).因此,觀測的錢德勒擺動周期應於426～437±2天(14.0～14.4個月)之間變化.上述的定量解析數據均得到實際觀測資料的驗證,為極移光壓成因理論的正確性提供了具體詳實的證據。
參考文獻
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