地球不僅會旋轉還會振動和搖擺：幅度比你想像的還要厲害

地球晃動和搖擺的幅度比你想像的還要厲害。

氣候變化會改變地球的質量分布。

　　新浪科技訊 北京時間1月23日消息，據國外媒體報道，我們腳下的地球似乎堅不可摧，並且大部分時間都一成不變。但這僅僅是由於我們的感知能力有限產生的幻覺而已。

　　地球每過23小時56分鐘零4秒便會以地軸為中心自轉一圈。它還會圍繞太陽進行公轉。與此同時，太陽系也在圍繞銀河系中心旋轉。而銀河系呢？它也在圍繞宇宙中一片名叫「巨引源」（Great Attractor）的區域旋轉，轉速快得令人頭暈目眩。

　　就算拋開這些不談，地球本身也極不穩定。在我們腳下，大塊大塊的岩石相互擠壓、推搡，構成峽谷和山脈；或是被「五馬分屍」，形成河流和海洋。地表無時無刻不在變化和顫動。

　　大部分情況下，我們無需為此擔心。但隨著我們對這些現象的理解愈發深入，我們也對地球內部的運作方式有了更好的了解。對於宇宙飛船的追蹤和著陸而言，這些信息也有很高的利用價值。本文列舉了7條使地球不停搖擺的原因。

　　壓力

　　地球儀是一個完美的球體，因此可以沿固定的軸心平穩地旋轉。但地球並不是球形，質量分配也不均勻，所以旋轉時容易晃動，地軸、南極和北極也會隨之不停移動。此外，由於地球的旋轉軸與質量分布的中軸線並不在一條線上，地球在旋轉時會不停地抖動。牛頓早就預言過這一現象的存在。而更精確地說，地球還包含幾種不同的振動模式。

　　其中影響最大的是「錢德勒擺動」（Chandler Wobble），最初由美國天文學家賽斯·錢德勒（Seth Chandler）於1891年發現。在它的作用下，地球兩極的位移幅度約為9米，每14個月左右構成一個完整的循環。

　　20世紀，科學家為該現象提出了五花八門的解釋，包括大陸儲水量的變化、大氣壓的變化、地震、以及地核與地幔交界處發生的種種反應等。

　　NASA噴氣推進實驗室的地球物理學家理查德·格羅斯（Richard Gross）於2000年解開了這一謎團。從1985年到1995年，他利用最新的氣象與海洋模型對錢德勒擺動進行了監測。格羅斯的計算結果顯示，錢德勒擺動的三分之二是由海床壓力的變化引發的，剩下的三分之一則與大氣壓變化有關。「這兩點原因的相對重要性會隨著時間的推移不斷改變，」格羅斯指出，「但現在大多數人都相信，這一現象是由大氣壓與海底壓強的變化共同引起的。」

　　水

　　季節是地球擺動的第二大影響因素，因為它們會引發降雨量、降雪量和濕度的變化。

季節也會對地球的搖擺造成影響。

　　自1899年以來，科學家一直在用恆星的相對位置判斷南極和北極的準確地點，上世紀70年代之後，衛星也成為了一種判斷工具。但即使去除了錢德勒擺動和季節的影響，相對地殼而言，地球自轉軸的南北兩極依然會不停擺動。

　　在今年四月發表的一項研究中，NASA噴氣推進實驗室的蘇倫德拉·阿迪卡里（Surendra Adhikari）和埃里克·艾文斯（Erik Ivins）發現了導致地球擺動的兩點關鍵原因。

　　2000年之前，地球的旋轉軸是偏向加拿大一邊的，且每年都會位移幾英寸。但在此之後，自轉軸開始逐漸回移，並漸漸偏向了另一邊的不列顛群島。一些科學家認為，這可能是由於格陵蘭島與南極冰蓋的快速消融導致的。

　　阿迪卡里和艾文斯對這一觀點展開了研究。他們將南北極的GPS位置數據與負責檢測地球質量變化的GRACE衛星傳回的數據進行了對比，結果發現，格陵蘭島和南極洲的冰蓋消融只能解釋這一現象的三分之二。他們認為，其餘部分是因為大陸的儲水量減少，在亞歐大陸尤其如此。

裏海的水量已經大大減少。

　　這一地區的地下蓄水層正在枯竭，並飽受乾旱困擾。但研究人員一開始認為，這些水量太少，不足以造成這麼大的影響。不過，他們後來又把該地區的位置納入了考慮範圍。「根據旋轉物體的基本物理法則，兩極對緯度45度附近地區的變化非常敏感。」阿迪卡里指出。而這正是歐亞大陸損失了大量水源的地方。該研究還發現，大陸的儲水量或許還能解釋地球旋轉中的另一種擺動模式。

　　地球旋轉軸每隔6年至14年便會變化一次，總體向東或向西偏移0.5至1.5米。整個20世紀，研究人員一直為此困惑不已。而阿迪卡里和艾文斯發現，在2002年至2015年間，每逢歐亞大陸遭遇乾旱的年份，地軸便會向東傾斜；而當該地區較為濕潤時，地軸便會朝西傾斜。「我們發現兩者剛好對得上號。」阿迪卡里說道，「這是我們首次發現，全球的乾濕水平變化與地軸的偏移方向之間存在一對一的匹配關係。」

　　人為因素

　　雖然水和冰層的移動是由自然因素和人為因素共同導致的，但其它影響地球擺動的因素則完全是人類自己所為。

　　在2009年的一項研究中，同樣就職於噴氣推進實驗室的菲利克斯·蘭德爾（Felix Landerer）通過計算髮現，如果2000年至2100年間的二氧化碳含量增長一倍，海洋就會迅速升溫和膨脹，導致在下個世紀里，北極每年會朝阿拉斯加和夏威夷的方向移動1.5厘米。

　　2007年，蘭德爾還通過模型估算了海洋升溫對海底壓強和洋流的影響。他發現，這些變化會導致地球質量向高海拔地區轉移，還會使每一天的時間縮短0.1毫秒，也就是一萬分之一秒。

　　地震

　　不僅大量的水和冰在移動時會對地球的旋轉造成影響，岩石如果體積夠大的話，也會產生同樣的效果。當某一地質板塊突然與其它板塊剮蹭時，就會發生地震。從理論上來說，這會使地球的旋轉發生一定的改變。

　　格羅斯研究了2010年發生在智利海邊的8.8級大地震。他通過計算得出，地質板塊的移動使地球的質量分布軸線偏移了約8厘米。

2010年的智利地震影響深遠。

　　不過，這僅僅是以模型為基礎進行的估算。在此之後，格羅斯和其他研究人員一直在跟蹤每次地震後的GPS衛星數據，試圖觀察地球的旋轉是否真正發生了偏移。他們目前尚未取得成功，因為很難完全去除其它影響地球旋轉的因素。「我們的模型並不完美，有其它因素掩蓋了小規模地震造成的影響。」格羅斯說道。

　　當地質板塊與其它板塊剮蹭時，地球質量分布的變化也會影響每一天的長短。這有點類似滑冰運動員旋轉時的情形：如果想加速旋轉，運動員可以將手臂收回，讓自身質量更加貼近身體；而如果想減慢速度，則可以反其道而行之。格羅斯的計算結果顯示，2011年發生在日本的9.1級地震使每一天的時間縮短了1.8微秒。

　　風暴

　　地震發生時會產生地震波，在地球內部傳播能量。地震波分為兩種。「P波」會在傳播時拉伸和擠壓周邊的物質，振動方向與波的傳播方向相同。稍慢一些的「S波」則會使岩石來回搖擺，振動方向與波的傳播方向成直角。

最劇烈的一種風暴被稱作「天氣炸彈」。

　　劇烈的風暴也會產生類似於地震的微弱地震波，被稱作微震波（microseisms）。一直到前不久，科學家才剛剛弄清了微震波中S波的來源。

　　在今年八月發表的一項研究中，東京大學的Kiwamu Nishida和東北大學的Ryota Takagi報告稱，他們利用日本南部的202台探測器對P波和S波展開了追蹤。結果發現，這些地震波源自一次劇烈的北大西洋風暴。在這種名叫「天氣炸彈」（weather bomb）的風暴中，風暴中心的大氣壓會異常地迅速降低。通過這種方式追蹤微震波，有助於研究人員更好地了解地球的內部構造。

　　月球

　　不僅僅是地球上的現象會對自身造成影響。近期研究顯示，大規模地震在滿月和新月前後發生的可能性更高。這是因為太陽、月球和地球構成了三點一線，導致地球受到的引力增強。

月球的引力會對地震產生影響嗎？

　　在今年九月發表的一項研究中，東京大學的Satoshi Ide和同事分析了過去20年間、每一起大型地震發生前兩周的潮汐應力。8.2級以上的嚴重地震總共12次，其中有9次都發生在新月或滿月前後。但規模較小的地震則沒有體現出這一規律。

　　Ide總結稱，這一時期地球受到的引力增強，地質板塊受到的力也隨之加強。這一變化本身微不足道，但如果這些板塊本就受到了巨大的壓力，額外一點力就足以造成大規模的岩層破裂。雖然這一說法看似說得通，但許多科學家仍持懷疑態度，因為Ide僅僅分析了12次地震而已。

　　太陽

　　還有一種更具爭議的理論認為，來自太陽內部的振動也能解釋地球上的許多振動現象。當氣體在太陽內部運動時，會產生兩種不同的波。由壓力產生的波名叫p-模式波，由引力產生的波則叫做g-模式波。

　　p-模式波需要幾分鐘便能完成一個振動周期，而g-模式波則要花費數十分鐘、甚至數小時。上述時長便是這兩種波的周期。

太陽內部處於不斷的振蕩之中。

　　1995年，由加拿大皇后大學的戴維·湯姆森（David Thomson）帶領的研究團隊分析了1992年至1994年間太陽風的表現規律。他們發現，太陽風出現波動的周期與p-模式波和g-模式波相同，說明太陽的振動會通過某種方式影響太陽風。2007年，湯姆森又發表報告稱，海底電纜的電壓波動、地球上的地震波、甚至手機掉線的頻率，都符合這兩種太陽波的規律。

　　然而，其他科學家認為湯姆森的理論依據並不牢固。計算機模擬顯示，這兩種太陽振動波、尤其是g-模式波，在傳播到太陽表面時，已經變得極其微弱，無法對太陽風造成影響。就算能造成影響，在向地球傳播的漫漫長路中，這些規律也會被行星之間的各種作用力破壞掉。

　　「他在不同時期內識別出的頻率一直在變化，而若真為g-模式波，這一頻率應該相對穩定才對。」加州Predictive Science公司的彼得·萊利（Pete Riley）指出。早在1996年，他就在一項研究中質疑了湯姆森的最初研究結果。「我們採用同樣的方法分析了戴維·湯姆森使用的數據，但並未找到任何p-模式波或g-模式波影響了地球振動的證據。」顯然，湯姆森的理論也許並不成立。但還有許多原因能夠為地球的振動和搖晃提供解釋。（葉子）