Dünyanın kütle merkezi sürekli hareket halinde; mevsimlerle birlikte su, buz ve hatta hava gibi devasa kütleler gezegen çevresinde göç ederken merkez birkaç milimetre kayıyor. NASA bilim insanları, lazer mesafe ölçen uydular, GPS verileri ve su ile buzun yerkabuğunu nasıl deforme ettiğine dair ölçümler kullanarak bu küçük salınımları izlemenin daha hassas bir yolunu geliştirdi.
Dünyanın kütle merkezi tamamen sabit kalmıyor. Su, buz ve hava mevsimlerle gezegen çevresinde hareket ederken, yeterince ağırlık yeniden dağılıyor ve kütle merkezi geometrik merkeze göre inçin kesirleri kadar gidip geliyor.
NASA bilim insanları bu ince hareketi dikkatle izliyor çünkü Dünya'nın kütle merkezi uydu navigasyonu ve yüzey yüksekliği ölçümleri için temel bir referans noktası oluşturuyor.
Güney Kaliforniya'daki Jet Propulsion Laboratory liderliğindeki araştırmacılar, bu mevsimlik kaymaları olağanüstü hassasiyetle ölçmek üzere tasarlanmış bir yöntem geliştirdi. Teknikleri ve sonuçları yeni bir çalışmada Geophysical Journal International'da açıklandı.
Araştırma, eriyen kar, hareket eden okyanus suyu ve yoğun kış havası da dahil olmak üzere büyük mevsimlik değişimlerin Dünya yüzeyinde devasa miktarda kütleyi nasıl yeniden dağıttığını gösteriyor.
Dünyanın Merkezi Sürekli Hareket Ediyor
Bilim insanları on yıllardır uzaydan gelen gözlemlerle Dünya'nın kütle merkezini tanımlama ve konumlandırma yöntemleri geliştirdi. Zorluk, merkezin tek sabit bir konumda kalmaması.
Eğer Dünya tamamen katı mavi bir top gibi davranıyor olsaydı, kütle merkezi geometrik merkeziyle aynı hizada olurdu. Bunun yerine gezegen, su, buz ve atmosferin kayan ağırlığına tepki veriyor. Bu malzemeler hareket ettikçe Dünya'nın kütle merkezi geometrik merkezi etrafında birkaç milimetre kadar dönüyor.
Bu hareketin tam büyüklüğünü belirlemek zor oldu. En son iki uluslararası tahmin, 2017 ve 2023'te üretildi ve 0,27 inç yani 7 milimetre fark ediyor; bu fark, bilim insanlarının ölçmeye çalıştığı hareketin büyüklüğüyle neredeyse aynı. Üç tane birbirinin üstüne konmuş nikel parçasının yüksekliğine denk geliyor.
Bu belirsizliği azaltmak için JPL jeobilimci Donald Argus, son derece hassas uydu takibine dayanan yeni bir yaklaşım geliştirdi.
Yerçekimi uyduların Dünya'nın kütle merkezi etrafında yörüngede kalmasını sağlıyor. Merkez kayınca, yörüngedeki uydular ile yerdeki takip istasyonları arasındaki mesafelerde çok küçük değişimler tespit edilebiliyor.
Uydular Dünya'nın Kütle Merkezini Belirlemeye Yardım Ediyor
Bilim insanları uzun süredir Dünya'nın kütle merkezinin konumunu belirlemek için uyduları kullandı. İki yoğun metal uydu 1976 ve 1992'de özel olarak bu amaçla fırlatıldı.
Lazer Jeodinamik Uyduları LAGEOS 1 ve 2, yansıtıcı prizmalarla kaplı 900 pound yani 408 kilogramlık diskoları andırıyor. Dünyanın 20'den fazla ülkesine yayılmış yer istasyonları lazerleri uydulara gönderip dönen sinyalleri son derece hassas şekilde ölçüyor.
Bu yöntemle ilgili bir zorluk, lazer takip istasyonlarının küresel ölçekte eşit dağılmaması.
Yeni yaklaşım bu sınırlamayı iki şekilde ele alıyor. Araştırmacılar lazer ölçümlerini GPS takibi ve alçak Dünya yörüngesindeki birkaç uydudan gelen yörünge bilgileriyle birleştiriyor, böylece takip edilecek daha geniş bir nesne yelpazesine sahip oluyorlar. Ayrıca su ve buzun değişen ağırlığının yerkabuğunu nasıl büktüğünü hesaba katıyorlar; bu da yer istasyonlarının kendilerinin yüzeyin altındaki kayma nedeniyle hafifçe hareket ettiği anlamına geliyor.
Argus, tekniği JPL'nin uydu yörünge belirleme ekibi, Nevada Üniversitesi, Montana Üniversitesi ve Almanya'daki Helmholtz Yer Bilimleri Merkezi'nden bilim insanlarıyla birlikte geliştirdi.
Argus, "Dünyanın kütle merkezinin her yıl gidip gelme büyüklüğünü sekiz yıl önce sandığımızın yaklaşık yarısı kadar tahmin ediyoruz" dedi. "Bulgularımız, Dünya'nın su ve havasının yarım küreler arasında hareket eden kütlesinin daha önce düşünüldüğünden daha küçük olduğunu gösteriyor."
İlgili mesafeler küçük olsa da önemi laboratuvarın çok ötesine uzanıyor.
JPL'den çalışmanın ortak yazarlarından Felix Landerer, "Bu hareketler küçük görünebilir ancak modern dünyamız son derece doğru konumlandırma ölçümlerine dayanıyor. Referans sistemlerini değiştiren mekanizmaları çözüp anladığımızda, haritalama ve navigasyondan küresel nakliye lojistiğine ve hassas tarıma kadar fayda sağlayan daha iyi referans sistemleri kurabiliriz" diye belirtti.
Kar, Yağmur ve Okyanuslar Dünya'nın Dengesini Değiştiriyor
Araştırmacılar Dünya'nın kütle merkezinin mevsimlik hareketini takip etti ve bunu üç ana kaynağa dayandırdı: okyanuslar, atmosfer ve kıtasal su yani kara buzları, kar, göl ve nehir suyu, toprak nemi ve yeraltı suyu.
Etkiler su ve havanın dünyanın farklı bölgelerinde birikmesiyle yıl boyunca değişiyor.
Kuzey Amerika ve Avrasya'daki kar Mart ayında en büyük birikimine ulaşıyor. Bu ek kütle Dünya'nın kütle merkezini Kuzey Kutbu'na doğru yaklaşık 3 milimetre kaydırıyor.
Nisan ayında Amazon Nehri havzası yağış suyu için mevsimsel maksimuma ulaşıyor ve yaklaşık 2.400 gigaton su tutuyor. Bu muazzam su konsantrasyonu Dünya'nın kütle merkezini Güney Amerika'ya doğru 2,2 milimetre çekiyor.
Yılın ilerleyen döneminde başka bir katkı geliyor. Güneydoğu Asya'daki muson suyu Kasım ayında 600 gigatona ulaşıyor, bu Amazon maksimumunun altı ay sonrası ve yıllık hareketin daha küçük bir miktarını ekliyor.
Pasifik Okyanusu Aşırı Etkili
Okyanus suyu da mevsimlik kaymada büyük rol oynuyor.
Ağustostan ekime kadar eriyen su ve yağış okyanuslara kütle ekliyor ve Dünya'nın kütle merkezini Güney Pasifik Okyanusu'na doğru itiyor.
Pasifik o kadar geniş ki, kütlesindeki değişimler diğer okyanus havzalarındaki kazanç veya kayıpları gölgede bırakabiliyor. Yine de Akdeniz, Kızıl, Kuzey, Baltık ve Barents denizlerindeki mevsimlik değişimler Dünya'nın kütle merkezinin hareketine daha küçük katkılar sağlıyor.
Atmosfer döngüye başka bir katman ekliyor.
Araştırmacılar, mevsimlik atmosferik değişimlerin Dünya'nın kütle merkezini nasıl değiştirdiğini tahmin etmek için Avrupa Orta Vadeli Hava Tahmin Merkezi tarafından oluşturulmuş bir model kullandı. Analizleri, soğuk ve yoğun kış havasının 21 Aralık civarında dengeyi Arabistan, Asya ve kuzey Afrika'ya doğru kaydırdığını buldu. 21 Haziran civarında karşılık gelen etki Güney Amerika ve Güney Afrika üzerinde oluşuyor.
GRACE Uyduları Kütle Değişimlerini Onaylıyor
Yeni analizle üretilen kütle tahminleri, Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On yani GRACE-FO misyonundan gelen gözlemlerle uyuşuyor.
2018'de fırlatılan GRACE-FO, Dünya'nın yerçekimi alanındaki aylık değişimleri ölçen iki uydudan oluşuyor. Bu değişen yerçekiminin büyük kısmı gezegenin yüzeyi üstünde ve altında hareket eden sudan kaynaklanıyor.
Uydular son derece hassas bir formasyonda birlikte seyahat ediyor. Öndeki uzay aracı su ile şişmiş bir nehir havzası gibi ekstra kütle içeren bir bölge üzerinden geçtiğinde, daha güçlü yerçekimi çekimi iki uydu arasındaki mesafeyi çok küçük ama algılanabilir bir miktarda değiştiriyor.
GRACE-FO, NASA ile Almanya Yer Bilimleri Araştırma Merkezi GFZ arasında bir ortaklık.
Bilim insanları bu ölçümlerin bir sonraki neslini hazırlıyor. GRACE-Continuity yani GRACE-C misyonu 2028 sonlarında fırlatmayı hedefliyor ve su ve kütlenin Dünya çevresinde nasıl hareket ettiğini izleyen yaklaşık 25 yıllık GRACE serisi kaydını sürdürmeyi amaçlıyor.
