地球不只是旋轉，它也搖擺不定

我們腳下的地球大部分時間似乎堅固不動，令人放心。但這是一個錯覺，這個錯覺來自我們有限的認知。

我們的這個行星每23小時56分鐘4秒自轉一次。它也圍繞著太陽運轉，我們的太陽系也在圍繞著銀河系的中心飛速運轉，而我們的銀河系也正在飛向宇宙中一個被稱為巨引源的空間。這裡涉及的速度要是說出來會令人頭暈目眩。

即使你忽視了這一切，地球也遠遠不穩定。在我們腳下，巨大的岩石塊不斷地相互磨合，形成山谷，一起形成山脈，或者形成河流和海洋。我們腳下的地面在永遠漂移、伸展和搖擺。

在大多數情況下，這沒有什麼可擔心的。然而，我們對這些現象越來越多的了解會讓我們對地球內部的運作有更好的理解，對試圖跟蹤和著陸航天器的人也很方便。我們現在已知有七個因素使地球移動。

台式地球儀是一個完美的球體，因此它可以在固定的軸上平滑地旋轉。然而，真正的地球不是這樣一個完美的球體，其中的質量分布不均勻，容易移動。所以，地球旋轉的軸線以及軸的南北端也在移動。

此外，由於旋轉軸與其圖形軸不同，圖形軸周圍的質量平衡，所以當地球旋轉時就會擺動。

在科學界，牛頓早就預測到了這種擺動。更準確地說，它由許多明顯的擺動組成。

影響最大的一個被稱為「錢德勒搖擺」，這是美國天文學家小塞特·錢德勒在1891年首次觀察到的，它導致極點移動9米，需要大約14個月才能完成一個完整的周期。

20世紀，科學家提出了各種各樣的原因，包括大陸儲水，大氣壓力，地震以及地球核心和地幔邊界相互作用的變化。

加利福尼亞州帕薩迪納市美國航空航天局噴氣推進實驗室的地球物理學家理查德·格羅斯在2000年解決了這個謎團。1985年至1995年，他將天氣和海洋新模型應用於對錢德勒搖擺的觀測，通過計算，2/3的擺動是由於海底壓力波動引起的，1/3是由大氣壓力的變化所致。

格羅斯說：「它們的相對重要性隨時間而變化，但是現在廣泛接受的原因是大氣和海洋壓力變化的結合。」

季節是影響地球搖擺的第二大因素，那是因為它們導致了雨、雪和濕度在不同地理區域的變化。

1899年以來，科學家使用星星的相對位置能夠精確定位兩極；20世紀70年代以來有了衛星就更加方便。但是，即使在消除了錢德勒搖擺和季節性波動的影響之後，相對地殼來說，北極和南極的旋轉極點仍然在移動。

在2016年4月發表的一項研究中，也在噴氣推進實驗室工作的蘇仁德拉·阿迪卡里和埃里克·埃文斯辨認出兩個更重要的地球擺動拼圖。

在2000年之前，地球的旋轉軸線向加拿大漂移，每年幾厘米。但隨後的測量顯示，旋轉軸改變了方向，改為朝向不列顛群島。一些科學家認為，這可能是由於格陵蘭島和南極冰蓋迅速融化造成的冰塊損失所致。

阿迪卡里和埃文斯開始檢驗這個觀點。他們將極地位置的GPS測量與GRACE（使用衛星測量地球周圍質量變化的研究）的數據進行了比較。

他們發現，格陵蘭和南極冰蓋的融化只解釋了最近兩極方向移動的2/3左右。他們得出結論，剩下的1/3是由於大陸（主體是歐亞大陸）上遺留的水引起的水量下降。

該地區受含水層枯竭和乾旱的影響。然而，起初涉及的水量似乎太小，無法產生這樣的影響。

然後他們考慮到受影響地區的位置。阿迪卡里說：「從旋轉物體的基本物理學角度來看，我們知道極點的移動對於大約±45°緯度的變化非常敏感。這正是歐亞大陸所存失水的原因。

這項研究還確定了大陸水儲存是對地球旋轉中擺動的另一個合理解釋。

在整個20世紀，研究人員一直感到困惑，因為旋轉軸每6年至14年移動一次，總體漂移為向東或向西0.5米至1.5米。阿迪卡里和埃文斯發現，在2002年至2015年間，歐亞大陸乾旱年份對應於向東擺動，濕潤年份對應於向西擺動。

阿迪卡里說：「我們找到了一個完美的匹配，成功確定全球範圍內的年際濕干變異性和年際極移之間一對一匹配，這是第一次。」

水和冰的這些運動是由自然過程和人類行為相結合造成的，但是影響地球擺動的其他變化都是人類自己所為。

在2009年的一項研究中，JPL 的費利克斯·蘭德勒計算得出，如果二氧化碳水平在2000年至2100年間翻一番，海洋就會變暖並膨脹，致使北極在下個世紀每年向阿拉斯加和夏威夷移動1.5厘米左右。

類似的是，在2007年的一項研究中，蘭德勒模擬了二氧化碳增加對海底壓力和循環造成的海洋變暖的影響。他發現，這些變化會將質量轉移到更高緯度地區，這樣會將地球上的一天縮短0.1毫秒多一點的時間，即萬分之一秒。

大量的水和冰如果四處移動，就會影響地球的旋轉。移動足夠大的岩石也具有相同的效果。

構成地球表面的構造板塊突然滑過彼此時，就會發生地震。在理論上，這可能產生影響。

格羅斯研究了2010年智利海岸發生的8.8級大地震。在尚未發表的研究中，他計算出板塊運動將地球的質量平衡軸線移動了約8厘米。

然而，這只是一個基於模型的估計。格羅斯等人因此試圖通過跟蹤GPS衛星數據中的地震來觀察地球旋轉方式的真正轉變。

到目前為止，已經證明還不成功，因為排除影響地球旋轉的所有其他因素是一件棘手的事。格羅斯說：「這些模型並不完美，因為殘留噪音掩蓋了較小的地震信號。」

當構造板滑過彼此時發生的質量運動也會影響一天的長度。這有點像一個滑冰運動員在一個點上旋轉：她可以通過收回胳膊而加速，從而使她的質量更接近身體；或者通過相反的方式減速。例如，格羅斯計算，2011年日本的9.1級地震將這一天的長度縮短了1.8微秒。

當發生地震時，會觸發通過地球內部傳遞能量的地震波。

地震波分為兩種：「P波」反覆擠壓其穿過的材料並使其膨脹，振動與行進方向相同；較慢的「S波」從一側到另一側擺動岩石，振動與其行進方向成直角。

強烈的風暴也可能產生類似地震引發的地震波，這些波被稱為微震。直到最近，科學家才確定了微S波的來源。

在東京大學的西田究（Kiwamu Nishida）和東北大學的阿田川良太（Ryota Takagi）發表的研究報告中，他們在日本南部使用了202個探測器網路來跟蹤P 波和S 波，將其起源追溯到一次嚴重的北大西洋風暴，並將其稱為「氣象炸彈」：中心的大氣壓力急劇下降的風暴。

以這種方式跟蹤微震行動將有助於研究人員更好地了解地球的內部結構。

不僅僅是地球上的現象影響著我們這顆行星的運動。最近的研究表明，大地震更有可能在滿月或新月前後，這可能是因為太陽、月球和地球呈一條直線，增加了重力，對我們的行星發生了作用。

在2016年9月發表的一項研究中，東京大學的井出鄉四（Satoshi Ide）和他的同事分析了過去20年來大地震前兩周的潮汐壓力。 在最大的12次地震中（全部達到8.2級或以上），有9次發生在接近滿月或新月的前後。沒有發現較小的地震有這種關係。

井出的結論是，這些時候額外的重力可能在構造板塊上增加作用。其變化雖然很小，但如果板塊受到壓力，額外的力量就足以將岩石小的破裂變成更大的破裂。

雖然這看上去合理，但許多科學家持懷疑態度，因為井出的研究只考察了12次地震。

更有爭議的是這一觀點：太陽內部的振動可以用來解釋地球上的一些擺動現象。

當氣體在太陽內部移動時，它們產生兩種不同類型的波浪。由壓力變化產生的稱為p模式，而當緻密材料通過重力向下拉動時形成的那些稱為g模式。

p模式只需要幾分鐘就能完成一個完整的振動周期，而g模式需要幾十分鐘到幾小時。這段時間是模式的「周期」。

1995年，由加拿大金斯頓女王大學的大衛·湯姆森牽頭的小組分析了1992年至1994年從太陽流出的大量帶電粒子的太陽風表現的模式。他們報告的波動與p模式和g模式周期相同，表明太陽的這些振動以某種方式影響太陽風。

2007年，湯姆森接著報告說，海底通信電纜電壓發生波動，原因不明確。地球上的地震觀測甚至行動電話信號丟失也產生了與太陽內部波浪相匹配的頻率模式。

然而，其他科學家相信湯姆森的這個說法是站不住腳的。根據模擬，這些太陽振動，特別是g模式，等到達太陽表面時已經非常微弱，不會影響太陽風。即使情況並非如此，在遠離地球時，行星際介質的湍流就會破壞這些模式。

加利福尼亞州聖地亞哥從事預測科學的皮特·賴利稱：「當我們觀察不同的時間段時，發現頻率正在變動，特別是在g 模式下，它們應該保持相對穩定。」早在1996年，他發表了一篇研究報告質詢湯姆森的原始結果。「我們看了大衛·湯姆森看過的相同數據，並對其進行了相同的分析，並沒有找到有關p模式或g模式的證據。」

顯然，湯姆森的想法可能不會成功。但是，我們的地球搖擺還有很多其他原因。

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