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引言
1891年美国天文学家钱德勒(Chandler)根据200多年所积累的纬度观测资料分析,得到极移谱的特征具有两个主峰,一个位于12个月左右,另一个在14个月附近,后者被称为是著名的钱德勒周期。
就在钱德勒发现极移具有这两个周期的第二年,纽康(Newcomb,1892)[2]抢先宣称已解决了这个问题。
声称:12个月左右的周期是一种受迫摆动,是由于受大气、海洋、地表水和地下水等各自内部及其间的季节性重新分布的激发所致;14个月左右的周期就是欧勒(Euler,1765)用刚体力学所证明的刚体地球的自由章动周期(305天),地球和海洋的屈服正好使这个周期从10个月增长到14个月,其中的四分之一是由于海洋的运动引起的,而其余部分则是由于地球的弹性屈服所致。
进入20世纪以来,多数学者认为极移运动的周年期分量应是由与气象因素有关的质量重新分布所致。
1916年,以杰弗里斯(Jeffreys)为代表的一批学者,根据地球上的大气和海洋运动,降雨量,植物和极区冰冠的影响等,对这些激发函数作出详细的定量计算,其计算值与观测结果的对比中可知,它们符合的并不好。
显然,该问题并没有得到解决.令人费解的是,其后的近百年来,世界各国的地球物理学家都几乎一致认为,这个问题已经解决了,并以十分肯定语气坚持用这一观点解释观测的周年期地极移动。
把计算值与观测结果之间的出入归结于激发函数的资料使用不适当、忽略掉了一些激发函数及天文观测资料的系统差等上面。
对钱德勒摆动(周期为14个月附近),20世纪初以来,世界各国的地球物理学家基本上都是按照纽康的思路去研究的,即利用地球自转运动的欧勒方程推导出的刘维(Liouville,1858)方程求解地球的自由章动周期。
1949年之后,以杰弗里斯为代表的一批学者设计了各种地球模型进行计算,求出地球的自由章动周期可达400天左右。
对固体地球解算出的400天周期与观测的钱德勒周期之间的偏差归因于全球的海洋运动,这个结论曾得到豪布里希与芒克(Haubrich and Munk,1959)的支持.前两项相加得出地球的自由章动总周期大约是420天到440天,与观测结果大体相一致。
上述理论的计算十分复杂,计算结果均是在对地核流体运动的形式附加一些限制条件下得出的,有些计算含糊费解。对此,兰伯克(Lambeck,1978)等认为,上述计算结果还难以确定与观测的钱德勒周期有何关系,不能认为极移成因问题已透彻解决了。
在20世纪60年代,国外有些地球物理学家把引起极移运动力源的研究寄托在大地震激发假说上,理由是大地震能造成大规模的质量迁移,使地球的转动惯量发生变化,从而激发了极移。
后经过仔细的研究认为:大地震激发的能量太小;更不能解释观测的极移运动特征及定量计算它所包含的两个周期.因此,这个假说出现后不久自然就被抛弃了。
自钱德勒时代后的一百多年来,尽管人们在探索极移成因的道路上屡战屡败,但随着人们对天文观测资料的不断深入分析,对钱德勒摆动的激发力源特性还是触摸到了一些确定可靠的信息,即认识到维持钱德勒摆动的激发力源应具有两个主要特征:
(1)从近百年的观测资料看来,激发力源是十分稳定的和长期存在的;但在其任一激发周期时段内,其激发力源随时间的分布又是变化的、不大规则的。
(2)激发力源对自转轴摆动的激发周期与地球绕太阳运动的周期同步(12个月).这种信息提醒我们,难道钱德勒摆动的激发源是来自于太阳吗?这与传统的观念可大相径庭啊!
由此看来,是否敢于摒弃过去认为钱德勒摆动的激发力源来自地球内部的传统观念,把寻找激发力源的目标锁定在日-地间动量(能量)相耦合机制的研究上,则是突破钱德勒摆动成因难题的关键。
在我国,固体地球物理学的研究与地质学的研究一样,确实存在着“三多三少”现象,即:证明西方学者提出的假说和理论的研究多,提出我国自己的假说和理论少;单一科学封闭式研究多,真正意义上的多学科交叉与综合集成研究少;模仿性研究多,独创性的成果少。
对极移成因的认识,目前国内多数权威专家仍然坚持西方学者提出的观点:把寻找极移激发力源的目标局限于地球的内部(包括大气圈);极移摆动周期只能通过解刘维方程求得的计算结果才能获得认可。
验证
衡量极移成因的研究是否获得成功,可以用能否解析如下三个根本问题进行验证:
(1)激发力源应是自然界天然存在的、可以用牛顿力学来估算作用力大小的、并作用于自转轴上的周年期(12个月)激发力源;该力源能激发地球自转轴摆动并引起转动惯量的变化而形成极移;确认极移必然含有两个特有的周期分量,定量地计算出它的周期。
(2)定量地计算和解释天文观测的极移运动周期涨落变化及所含两个周期分量涨落变化的原因.因为观测的极移运动及其所含的两个周期分量都有涨落变化,特别是钱德勒周期变化范围较大,约在425～440天之间.从物理学的概念出发,自然界还没有发现一种摆动必定拌随有象钱德勒摆动那样会有425～440天涨落的周期变化,周期的任何变化都直接与动力学定律相矛盾。
(3)近三百年的天文观测未发现极移振幅有任何渐自减弱的现象,说明激发源必须是天然存在的、十分稳定的和长期保持不变的。
20世纪以来,世界上有不少地球物理学家(以Jeffreys为代表),为探讨上述三个基本问题付出了毕生的全部精力,几乎把地球内部(包括大气圈)所有可能激发极移的力源都进行筛选和研究过了,但这三个难题的谜底始终无人能破解。
1968年,杰弗里斯又把观测的钱德勒周期确定为434.3±2.2天,这与以前观测的钱德勒周期是矛盾的,似乎钱德勒周期又变为单值了,其中的深层原因又是什么呢?长期的困惑及观测数据自相矛盾问题的出现,足以说明近一百多年来以纽康观点为基础衍生出的各种极移成因理论都是错误的,极移成因的研究思路需另辟新的途径。
1992年,宋贯一提出了极移的太阳光压成因理论,经近十五年的探索与研究,终于在2006年,对极移的成因及其移动特征的研究上取得了突破性的进展。
显然,对这种新理论的评价和鉴定,需用上述三个根本问题是否解决去衡量.本文仅对天文观测出的极移运动周期涨落变化及其所包含的两个周期分量涨落变化的成因作出详细的解析,依此对极移光压成因理论是否正确作出鉴定。
摆动周期变化的原因解析
由20世纪以来的天文观测资料分析得到的极移振幅谱可以看出:周年摆动的峰顶极窄,可认为是单值的,其摆动周期为12个月,1周/年;钱德勒摆动的峰顶较平缓,是有涨落的,其摆动周期集中位于14个月附近,变化于425～440天之间,平均约为0.85周/年。
宋贯一(2006)发现日-地之间存在一种奇特的能量(动量)相耦合的自然现象:当太阳辐射光压作用于地表之后,地球表面物质的特殊物理性质会自然地把太阳辐射光压立刻分解为两部分,即P1和P2。
其中P1为全球各纬度带内单位海洋和陆地表面接收到的等值光压(P1为随时间和纬度而变化的变量)。在一回归年的时段内,由P1在北、南两半球上的不平衡分布激发自转轴摆动,引起转动惯量的变化(该变化是目前所了解到的地球转动惯量的最大变化)并产生极移,该项极移运动的周期为12个月。
P,在北、南半球上的分布相对赤道是基本对称的和规则的,它对自转轴的激发可称谓“规则性激发”;P2为全球各纬度带内单位陆地和海洋表面接收到的光压值之差(P2为随时间和纬度而变化的变量)。
在一回归年的时段,由P2在北、南两半球上的不平衡分布激发自转轴摆动而产生的极移运动周期为14个月附近.P2在北、南两半球上的分布相对赤道是不对称和不规则的,它对自转轴摆动的激发可称谓“不规则性激发”。
这种自然现象恰恰是近几十年来世界各国地球物理学家渴望寻找的那种既作用于自转轴上、又是一不大规则的周年期(12个月)激发力源.正是这一奇特自然现象的发现,才使天文观测的极移运动及其所包含两个周期分量的成因及其涨落变化之谜得以破解成为可能。
结论
依据宋贯一(2006)发表的《极移的成因及其移动特征》一文中的资料,作者对天文观测的极移运动及其所包含的两个周期分量涨落变化的成因作出了详细的解析,并得出如下结论:
(1)极移运动主要是由太阳光压P1和P2共同激发引起的.观测的极移摆动周期变化是太阳光压(P1+P2)激发自转轴摆动过程中,在空间上自转轴的摆动中心相对自转轴中心(地心)移动造成的,由于以往的观测者不知道自转轴的摆动中心会相对自转轴中心(地心)移动,因此造成观测的极移摆动周期不是单值的,而是在395～403±2天(13.0～13.3个月)之间变化。
(2)极移所含的周年期摆动是由太阳光压P1激发的.观测的周年期摆动周期涨落变化很小,变化于365.24～365.53天之间.在一回归年内,由于日-地间距离的变化,使地球表面接受到的太阳辐射光能产生微小差异则是造成观测的周年摆动周期稍有涨落变化的原因。
(3)极移所含的钱德勒摆动是由太阳光压P2激发的.钱德勒摆动周期变化的原因是太阳光压P2激发自转轴摆动过程中,在空间上自转轴的摆动中心相对自转轴中心(地心)移动造成的.观测者若以自转轴摆动中心计算,钱德勒摆动周期应为426±2天(下限)。
观测者若以自转轴中心(地心)作为自转轴摆动中心计算,钱德勒摆动周期应为437±2天(上限).因此,观测的钱德勒摆动周期应于426～437±2天(14.0～14.4个月)之间变化.上述的定量解析数据均得到实际观测资料的验证,为极移光压成因理论的正确性提供了具体详实的证据。
参考文献
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