Fiecare poziție GPS de pe planetă se calculează în raport cu un punct pe care nu-l vede nimeni: centrul de masă al Pământului. Sistemele de navigație prin satelit îl tratează ca pe un reper fix. Numai că nu este.
Topirea zăpezii, curenții oceanici și mișcarea aerului îl împing încoace și încolo cu câțiva milimetri în fiecare an. Cercetători de la NASA au descoperit acum că această oscilație are o amplitudine de aproximativ jumătate din cea estimată acum opt ani. Tot ei au arătat și ce anume o produce.
Două estimări, 7 milimetri între ele
Centrul de masă al Pământului nu coincide cu centrul său geometric, adică cu punctul care s-ar afla exact în mijlocul planetei dacă aceasta ar fi o sferă perfect netedă.
Apa, gheața și aerul se mută continuu dintr-o emisferă în alta. De aceea, pe parcursul unui an, centrul de masă real se deplasează cu câțiva milimetri în jurul celui geometric. GPS-ul, altimetria prin satelit și măsurătorile de altitudine folosesc toate acest punct ca referință, așa că oscilația lui poate distorsiona măsurătorile oriunde altundeva.
Problema este că nimeni nu reușise să măsoare oscilația suficient de precis. Ultimele două estimări internaționale, din 2017 și din 2023, difereau între ele cu 7 milimetri — aproximativ grosimea a trei sau patru monede uzuale așezate una peste alta.
Diferența era aproape la fel de mare ca mișcarea pe care estimările ar fi trebuit s-o măsoare.
Sateliți-oglindă și deformarea invizibilă a scoarței
Un nou studiu, publicat în revista Geophysical Journal International, și-a propus să micșoreze această diferență. L-a condus Donald Argus, cercetător în geoștiințe la Jet Propulsion Laboratory (JPL) al NASA. Au contribuit și cercetători de la Universitatea din Nevada, Universitatea din Montana și Centrul Helmholtz pentru Geoștiințe GFZ.
Sateliții orbitează în mod natural în jurul centrului de masă al Pământului, spre care îi atrage gravitația. Prin urmare, schimbările minuscule ale distanței dintre un satelit și o stație de la sol arată cum se deplasează acest centru.
Ideea nu e nouă. Doi sateliți metalici masivi, numiți LAGEOS și lansați în 1976, respectiv 1992, au fost construiți pentru măsurători geodezice de precizie. Fiecare cântărește circa 400 de kilograme, nu are circuite electronice sau panouri solare, ci este o sferă metalică compactă acoperită cu sute de prisme reflectorizante, urmărită cu fascicule laser de la stații terestre din peste 20 de țări.
Doar că stațiile nu sunt răspândite uniform pe glob, așa că rămân zone neacoperite. Echipa lui Argus a umplut aceste goluri în două feluri.
Pe de o parte, a adăugat date de urmărire GPS și date orbitale de la mai mulți sateliți de pe orbită joasă, ceea ce i-a oferit calculului un set mult mai larg de ținte. Pe de altă parte, a ținut cont de elasticitatea scoarței terestre: sub povara a mii de miliarde de tone de apă și gheață, roca se comprimă local, asemenea unei saltele elastice. Această deformare mută imperceptibil chiar stațiile GPS ancorate în sol, creând în date iluzia că centrul planetei s-ar fi deplasat mai mult decât în realitate.
Zăpada trage spre nord, ploile din Amazon spre sud
Odată ce noua metodă a funcționat, echipa a împărțit forța sezonieră pe 3 surse: oceanele, aerul și apa de pe uscat. În apa de pe uscat intră gheața, zăpada, râurile, lacurile, umiditatea solului și apele subterane.
Zăpada care se adună în America de Nord și în Eurasia atinge maximul în martie, în fiecare an, și deplasează centrul de masă al Pământului cu aproximativ 3 milimetri spre Polul Nord.
Contează și gheața de pe uscat. Datele gravitaționale din satelit au surprins recent câțiva ani neobișnuiți în care gheața din Antarctica a crescut, înainte ca topirea de lungă durată a continentului să se reia.
La o lună după vârful de zăpadă din martie, ploile aduc în bazinul Amazonului aproximativ 2.400 de gigatone de apă, adică în jur de 2.400 de miliarde de tone. Centrul de masă se deplasează atunci cu aproximativ 2,2 milimetri spre America de Sud. Un sezon umed în Amazonia poate muta atâta apă încât efectul se vede și în datele despre nivelul mării.
În noiembrie, ploile musonice din Asia de Sud-Est au un efect mai mic, cu un vârf de 600 de miliarde de tone. Aceleași înregistrări gravitaționale din satelit stau la baza unor studii recente despre felul în care calendarul musonului remodelează, de la un an la altul, ghețarii din Himalaya.
Oceanele toamna, aerul la solstiții
Între august și octombrie, apa de la topirea ghețarilor și cea din ploi se revarsă în oceane, iar centrul de masă al Pământului se deplasează spre Pacificul de Sud.
Pacificul este atât de vast încât schimbările de masă de acolo le depășesc cu mult pe cele din oricare alt ocean. Marea Mediterană, Marea Roșie, Marea Nordului, Marea Baltică și Marea Barents își aduc totuși, fiecare, o mică contribuție.
Și aerul are greutate, iar aerul rece este mai dens decât cel cald. Echipa a folosit aici un model atmosferic al Centrului European pentru Prognoze Meteorologice pe Termen Mediu.
În preajma zilei de 21 decembrie, aerul dens de iarnă mută echilibrul spre Arabia, Asia și Africa de Nord. În preajma zilei de 21 iunie, echilibrul se mută spre America de Sud și Africa de Sud.
De ce contează câțiva milimetri
De același reper invizibil depind calcularea creșterii nivelului mărilor și calibrarea altimetrelor spațiale. Pentru a detecta aceste deviații milimetrice, geodezii folosesc astăzi inclusiv rețelele dense de sateliți de pe orbită joasă, precum constelațiile Starlink, transformându-le într-o plasă globală de repere orbitale.
Felix Landerer, de la JPL, coautor al studiului, a explicat miza pe înțelesul tuturor. „Deși aceste mișcări pot părea nesemnificative, lumea noastră modernă se bazează pe măsurători de poziționare extrem de precise. Dezvăluind și înțelegând mecanismele care modifică sistemele de referință, putem construi sisteme de referință mai bune, care, în cele din urmă, vor aduce beneficii cartografierii și navigației – de la logistica transportului maritim global până la agricultura de precizie”, a spus el.
Confirmarea din spațiu: cântarul gravitațional GRACE-FO
Echipa și-a verificat rezultatele comparându-le cu datele sateliților gemeni GRACE-FO, care măsoară din 2018 variațiile lunare ale gravitației Pământului. Acești sateliți detectează schimbările atunci când trec peste mase mari, cum ar fi bazinele hidrografice umflate de ape. Cele două seturi de date s-au potrivit.
„Estimăm acum că amploarea mișcării anuale, înainte și înapoi, a centrului de masă al Pământului este de aproximativ jumătate din cât credeam acum opt ani. Descoperirile noastre sugerează că masa de apă și de aer de pe Pământ care se deplasează între emisfere este mai mică decât se credea anterior”, a spus Argus.
Această recalibrare arată că Pământul este un sistem ceva mai stabil decât indicau modelele trecute. Dar scoate la iveală și un paradox fascinant: precizia milimetrică cu care telefonul din buzunar îți indică o stradă depinde direct de greutatea zăpezii din Siberia și de violența ploilor din inima Amazonului.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Mușchii îmbătrâniți își pierd forța dintr-un motiv pe care cercetătorii l-au trecut cu vederea
Un nou proces transformă deșeurile de plastic în benzină și motorină
Acest nou tip de beton este mai rezistent și absoarbe CO₂ din aer
Pentru prima dată, oamenii de știință au observat cum sunetul efectuează salturi între stări cuantice
