챈들러 요동
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1. 개요
챈들러 요동은 지구 자전축이 지구 표면에 대해 약간 흔들리는 현상으로, 아이작 뉴턴과 레온하르트 오일러에 의해 예측되었으며, S.C. 챈들러에 의해 발견되었다. 오일러는 305일 주기를 예측했지만, 실제 챈들러 요동의 주기는 약 433일이며, 이는 지구의 비강체성으로 설명된다. 챈들러 요동은 지구 내부 구조, 대기 및 해양의 상호 작용에 의해 발생하며, 해저 압력 변동이 주요 원인으로 밝혀졌다. 국제지구자전관측소와 국제지구자전-기준계사업(IERS)을 통해 측정되며, 다른 행성에서는 화성에서 처음으로 감지되었다.
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| 챈들러 요동 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 지구 자전축의 작은 변동 |
| 크기 | 약 9 m |
| 특징 | |
| 주기 | 약 433일 (1.2년) |
| 원인 | 지구 내부의 복잡한 요인 (정확한 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않음) |
| 변화 | 2005년에 급격한 변화를 겪음 |
| 연구 | 지노비 말킨과 나탈리아 밀러에 의해 연구됨 |
| 참고 문헌 | 지구의 챈들러 요동, 2005년에 극적으로 변화함 챈들러 요동: 두 번의 큰 위상 점프가 추가로 밝혀짐 |
2. 예측 및 발견
아이작 뉴턴과 레온하르트 오일러는 지구 자유 세차 운동을 예측했다.[4] 오일러는 주기가 305일이라고 예측했지만, 천문학자들은 이 운동을 발견하지 못했다. 이후 챈들러가 챈들러 요동을 관측했고, 사이먼 뉴컴은 실제 주기와 예측값의 차이를 지구의 비강체성으로 설명했다.
지구는 강체가 아니므로 챈들러 요동은 약 68년의 시간 상수로 감쇠해야 한다.[6] 이는 지질학적 시간 척도에 비해 매우 짧다. 요동을 지속시키는 원인은 지구의 질량 분포나 각운동량 변화, 즉 외핵, 대기, 해양, 지각(지진)의 변화 때문으로 추정되었으나 오랫동안 불분명했다.
2001년 제트 추진 연구소의 리처드 그로스(Richard Gross)는 컴퓨터 시뮬레이션으로 1985년부터 1996년까지 챈들러 요동이 대기와 해양 과정의 결합으로 발생했으며, 주된 원인은 해저 압력 변동임을 밝혔다. 그는 요동의 3분의 2가 해저 압력 변동, 즉 온도, 염분, 바람 변화에 따른 해양 순환 변화로 발생하고, 나머지 3분의 1은 기압 변동 때문이라는 것을 발견했다.[6]
2. 1. 뉴턴과 오일러의 예측
아이작 뉴턴은 『자연철학의 수학적 원리』(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) 제1권 명제 66의 계론 20~22에서, 레온하르트 오일러는 1765년 회전체 역학 연구의 일환으로 지구 자유 세차 운동의 존재를 예측했다.[4] 오일러는 알려진 지구의 타원체를 바탕으로 지구 자유 세차 운동의 주기가 305일이라고 예측했다. 여러 천문학자들이 이 주기의 운동을 찾았지만 발견되지 않았다. 챈들러의 공헌은 가능한 모든 주기에서 운동을 찾는 것이었고, 챈들러 요동이 관측된 후, 사이먼 뉴컴은 그 주기와 오일러가 예측한 주기의 차이를 지구의 비강체성으로 설명했다. 주기에 대한 완전한 설명에는 지구 핵과 해양의 유체 특성도 포함되는데, 사실 요동은 약 6mm의 진폭을 가진 매우 작은 해양 조류를 생성하며, 이는 극조(pole tide)라고 불리며 외계 천체에 의해 발생하지 않는 유일한 조류이다. 진폭이 작음에도 불구하고, 극조의 중력 효과는 초전도 중력계로 쉽게 감지된다.[5]2. 2. 챈들러의 발견
아이작 뉴턴은 『자연철학의 수학적 원리』 제1권 명제 66의 계론 20~22에서, 레온하르트 오일러는 1765년 회전체 역학 연구의 일환으로 지구 자유 세차 운동의 존재를 예측했다.[4] 오일러는 알려진 지구의 타원체를 바탕으로 지구 자유 세차 운동의 주기가 305일이라고 예측했다. 여러 천문학자들이 이 주기의 운동을 찾았지만 발견하지 못했다. 챈들러의 공헌은 가능한 모든 주기에서 운동을 찾는 것이었고, 챈들러 요동이 관측된 후, 그 주기와 오일러가 예측한 주기의 차이는 사이먼 뉴컴에 의해 지구의 비강체성으로 설명되었다. 주기에 대한 완전한 설명에는 지구 핵과 해양의 유체 특성도 포함되는데, 사실 요동은 약 6mm의 진폭을 가진 매우 작은 해양 조류를 생성하며, 이는 극조(pole tide)라고 불리며 외계 천체에 의해 발생하지 않는 유일한 조류이다. 진폭이 작음에도 불구하고, 극조의 중력 효과는 초전도 중력계로 쉽게 감지된다.[5]3. 원인 및 메커니즘
지구가 강체가 아니기 때문에 챈들러 요동은 약 68년의 시간 상수로 감쇠해야 한다.[6] 이는 지질학적 시간 척도에 비해 매우 짧은 주기이다. 이 요동을 지속적으로 재여기(다시 발생)시키는 과정은 지구물리학자들에게 흥미로운 연구 대상이었다.
챈들러 요동의 원인은 오랫동안 불분명했는데, 지구의 질량 분포나 각운동량 변화(지구 외핵, 대기, 해양, 지각의 변화 등)와 관련된 어떤 운동도 요동을 일으키는 원인과 일치하지 않는 것처럼 보였기 때문이다.
2001년 캘리포니아 공과대학교 산하 제트 추진 연구소의 리처드 그로스(Richard Gross)는 컴퓨터 시뮬레이션과 대기 및 해양의 각운동량 모델을 이용하여 1985년부터 1996년까지 챈들러 요동이 대기와 해양 과정의 결합에 의해 여기되었으며, 주된 원인은 해저 압력 변동임을 밝혀냈다.[6]
3. 1. 지구 비강체성
아이작 뉴턴은 『자연철학의 수학적 원리』 제1권 명제 66의 계론 20~22에서, 레온하르트 오일러는 1765년 회전체 역학 연구의 일환으로 지구 자유 세차 운동의 존재를 예측했다.[4] 오일러는 지구의 타원체를 바탕으로 지구 자유 세차 운동의 주기가 305일이라고 예측했다. 여러 천문학자들이 이 주기의 운동을 찾았지만 발견하지 못했다. 챈들러 요동이 관측된 후, 그 주기와 오일러가 예측한 주기의 차이는 사이먼 뉴컴에 의해 지구의 비강체성으로 설명되었다. 주기에 대한 완전한 설명에는 지구 핵과 해양의 유체 특성도 포함되는데, 요동은 약 6mm의 진폭을 가진 매우 작은 해양 조류인 극조를 생성하며, 이는 외계 천체에 의해 발생하지 않는 유일한 조류이다. 극조의 중력 효과는 초전도 중력계로 쉽게 감지된다.[5]지구는 강체가 아니기 때문에 챈들러 요동은 약 68년의 시간 상수로 감쇠해야 한다.[6] 이는 지질학적 시간 척도에 비해 매우 짧은 주기이다. 요동을 지속적으로 재여기시키는 과정은 지구의 질량 분포 또는 각운동량의 변화, 즉 지구의 외핵, 대기, 해양 또는 지각(지진으로 인한)의 변화 때문일 것이지만, 오랫동안 실제 원인은 불분명했다.
2001년 캘리포니아 공과대학교가 관리하는 제트 추진 연구소의 리처드 그로스(Richard Gross)는 컴퓨터 시뮬레이션에서 대기와 해양의 각운동량 모델을 사용하여 1985년부터 1996년까지 챈들러 요동이 대기 및 해양 과정의 결합에 의해 여기되었으며, 지배적인 여기 메커니즘은 해저 압력 변동이라는 것을 보여주었다. 그로스는 "요동"의 3분의 2가 해저의 압력 변동에 의해 발생했으며, 이는 온도, 염분 및 바람의 변화에 의해 발생하는 해양 순환의 변화에 의해 발생한다는 것을 발견했다. 나머지 3분의 1은 기압 변동 때문이다.[6]
3. 2. 해저 압력 변동
지구가 강체가 아니기 때문에, 챈들러 요동은 약 68년의 시간 상수로 감쇠해야 한다.[6] 이는 지질학적 시간 척도에 비해 매우 짧은 주기이다. 요동을 지속적으로 재여기시키는 과정은 지구물리학자들에게 흥미로운 연구 대상이다. 지구의 질량 분포 또는 각운동량의 변화, 즉 지구의 외핵, 대기, 해양 또는 지각(지진으로 인한)의 변화 때문일 것이지만, 오랫동안 실제 원인은 불분명했다. 이는 어떤 이용 가능한 운동도 요동을 일으키는 원인과 일치하지 않는 것처럼 보였기 때문이다.2001년 캘리포니아 공과대학교(California Institute of Technology)가 관리하는 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory)의 리처드 그로스(Richard Gross)는 조사를 수행했다. 그는 컴퓨터 시뮬레이션에서 대기와 해양의 각운동량 모델을 사용하여 1985년부터 1996년까지 챈들러 요동이 대기 및 해양 과정의 결합에 의해 여기되었으며, 지배적인 여기 메커니즘은 해저 압력 변동이라는 것을 보여주었다. 그로스는 "요동"의 3분의 2가 해저의 압력 변동에 의해 발생했으며, 이는 다시 온도, 염분 및 바람의 변화에 의해 발생하는 해양 순환의 변화에 의해 발생한다는 것을 발견했다. 나머지 3분의 1은 기압 변동 때문이다.[6]
3. 3. 대기압 변동
지구가 강체가 아니기 때문에, 챈들러 요동은 약 68년의 시간 상수로 감쇠해야 한다.[6] 이는 지질학적 시간 척도에 비해 매우 짧은 주기이다. 요동을 지속적으로 재여기시키는 과정은 지구물리학자들에게 흥미로운 연구 대상이다. 지구의 질량 분포 또는 각운동량의 변화, 즉 지구의 외핵, 대기, 해양 또는 지각(지진으로 인한)의 변화 때문일 것이지만, 오랫동안 실제 원인은 불분명했다. 이는 어떤 이용 가능한 운동도 요동을 일으키는 원인과 일치하지 않는 것처럼 보였기 때문이다.2001년 캘리포니아 공과대학교(California Institute of Technology)가 관리하는 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory)의 리처드 그로스(Richard Gross)는 조사를 수행했다. 그는 컴퓨터 시뮬레이션에서 대기와 해양의 각운동량 모델을 사용하여 1985년부터 1996년까지 챈들러 요동이 대기 및 해양 과정의 결합에 의해 여기되었으며, 지배적인 여기 메커니즘은 해저 압력 변동이라는 것을 보여주었다. 그로스는 "요동"의 3분의 2가 해저의 압력 변동에 의해 발생했으며, 이는 다시 온도, 염분 및 바람의 변화에 의해 발생하는 해양 순환의 변화에 의해 발생한다는 것을 발견했다. 나머지 3분의 1은 기압 변동 때문이다.[6]
4. 측정 및 관측
챈들러 요동의 진폭은 발견 이후 다양하게 변화하여 1910년에 최대 크기에 도달했으며, 10년 단위로 눈에 띄게 변동했다. 2009년, Malkin & Miller는 1946년 1월부터 2009년 1월까지의 IERS 극좌표 시계열 데이터 분석을 통해 1850년, 1920년, 2005년에 요동의 세 번의 위상 반전이 있었음을 보였다.[2]
4. 1. 국제지구자전관측소 (International Latitude Observatories)
국제지구자전관측소(International Latitude Observatories)는 1899년에 설립되어 위도 측정에서 관측되는 지구 자전축의 요동을 측정하기 위해 설립되었다. 이 관측소들은 20세기 대부분 동안 챈들러 요동과 연주 요동에 대한 데이터를 제공했지만, 결국 다른 측정 방법에 의해 대체되었다. 현재 극운동 모니터링은 국제지구자전체계(International Earth Rotation Service, IERS)에서 수행한다.요동의 진폭은 발견 이후로 다양하게 변화하여 1910년에 최대 크기에 도달했으며, 10년 단위로 눈에 띄게 변동했다. 2009년, Malkin & Miller는 1946년 1월부터 2009년 1월까지의 IERS 극좌표 시계열 데이터 분석을 통해 1850년, 1920년, 2005년에 요동의 세 번의 위상 반전이 있었음을 보였다.[2]
4. 2. 국제지구자전-기준계사업 (IERS)
극운동 모니터링은 국제지구자전-기준계사업(IERS)에서 수행한다.[2]요동의 진폭은 발견 이후 다양하게 변화하여 1910년에 최대 크기에 도달했으며, 10년 단위로 눈에 띄게 변동했다. 2009년 Malkin & Miller는 1946년 1월부터 2009년 1월까지의 IERS 극좌표 시계열 데이터 분석을 통해 1850년, 1920년, 2005년에 요동의 세 번의 위상 반전이 있었음을 보였다.[2]
5. 진폭 변화 및 위상 반전
국제지구자전관측소(International Latitude Observatories)는 1899년에 설립되어 위도 측정에서 관측되는 지구 자전축의 요동을 측정했다. 이 관측소들은 20세기 대부분 동안 챈들러 요동과 연주 요동에 대한 데이터를 제공했지만, 결국 다른 측정 방법에 의해 대체되었다. 현재 극운동 모니터링은 국제지구자전체계(International Earth Rotation Service, IERS)에서 수행한다.
요동의 진폭은 발견 이후로 다양하게 변화하여 1910년에 최대 크기에 도달했으며, 10년 단위로 눈에 띄게 변동했다. 2009년, Malkin & Miller는 1946년 1월부터 2009년 1월까지의 IERS 극좌표 시계열 데이터 분석을 통해 1850년, 1920년, 2005년에 요동의 세 번의 위상 반전이 있었음을 보였다.[2]
6. 다른 행성에서의 챈들러 요동
다른 행성에서도 챈들러 요동이 발견되었다. 지구 이외에 다른 행성에서 처음으로 발견된 곳은 화성으로, 2001년 마스 오디세이 등 여러 우주선의 관측 자료를 통해 확인되었다.[7]
6. 1. 화성의 챈들러 요동
2001년 마스 오디세이, 마스 리코네상스 오비터, 마스 글로벌 서베이어 우주선의 18년간 전파 추적 관측 자료를 사용하여 화성의 챈들러 요동이 감지되었다. 이는 지구 이외의 다른 행성체에서 처음으로 감지된 것이다. 진폭은 10cm이고, 주기는 206.9 ± 0.5일이며, 북극에서 볼 때 거의 원형의 시계 반대 방향이다.[7]7. 한국의 기여
(이전 출력이 비어있으므로 수정할 내용이 없습니다. 원본 소스와 요약이 제공되면 '한국의 기여' 섹션을 작성할 수 있습니다.)
참조
[1]
서적
Spherical and Practical Astronomy as Applied to Geodesy
Frederick Ungar Publishing
[2]
논문
Chandler wobble: two more large phase jumps revealed
[3]
웹사이트
Earth's Chandler Wobble Changed Dramatically in 2005
https://www.technolo[...]
MIT Technology Review
2024-01-23
[4]
논문
Du mouvement de rotation des corps solides autour d'un axe variable
https://archive.org/[...]
[5]
서적
Studies of Earth Dynamics with the Superconducting Gravimeter
http://ethesis.helsi[...]
Geodetiska Institutet
2009-09-21
[6]
논문
The Excitation of the Chandler Wobble
[7]
논문
Detection of the Chandler Wobble of Mars From Orbiting Spacecraft
https://agupubs.onli[...]
2020
[8]
논문
Chandler wobble: two more large phase jumps revealed
https://link.springe[...]
2010-12
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