ความแข็งแกร่งของโลก |
|
แท้จริงแล้วโลกจะเป็นอย่างไรถ้ามันกลายเป็นของเหลว? เมื่อรู้จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวันว่าของแข็งสูญเสียรูปร่างเมื่อหลอมละลายเราอาจคาดหวังว่าจะเกิดสิ่งเดียวกันกับโลก แต่ในความเป็นจริงสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น ในวัตถุเหล่านั้นที่เราใช้ในชีวิตจริงความสามารถในการรักษารูปร่างนั้นเกิดจากแรงที่กระทำระหว่างอะตอมที่อยู่ใกล้ แต่เช่นนั้น "น้ำหนักเกิน" แรงโน้มถ่วงก็เริ่มมีบทบาทสำคัญเช่นเดียวกับร่างกายซึ่งมวลทั้งหมดของโลกดึงดูดอนุภาคแต่ละอนุภาค โดยหลักแล้วมันจะทำให้มั่นใจได้ว่าจะมีการรักษารูปร่างของโลกในปัจจุบันแม้ว่าโลกของเราจะกลายเป็นร่างกายที่เป็นของเหลวก็ตาม ดังนั้นเมื่อคำนวณความผิดปกติของโลกและประเมินความแข็งแรงโดยรวม (ไม่ใช่ตัวอย่างหินแต่ละตัวอย่าง) จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติที่ยืดหยุ่นของสสารของโลกและผลของแรงโน้มถ่วงที่มีต่อมันด้วย ห้องปฏิบัติการกำลังศึกษาคุณสมบัติเชิงกลของหินที่นำมาจากชั้นนอกของโลกที่มีความหนาเพียงไม่กี่กิโลเมตร ชั้นนี้มีผลต่อความแข็งแรงของโลกโดยรวมมากกว่าชั้นสีบาง ๆ ที่ทาบนพื้นผิวของมันเล็กน้อยส่งผลต่อความแข็งแรงของลูกบอลโลหะ ข้อมูลเกี่ยวกับชั้นที่ลึกลงไปของโลกส่วนใหญ่ให้กับเราโดยการศึกษาการแพร่กระจายของคลื่นไหวสะเทือน ไม่น่าแปลกใจที่นักวิชาการ B. B. Golitsyn เรียกแผ่นดินไหวว่าตะเกียงซึ่งกระพริบชั่วครู่ทำให้เราเห็นการตกแต่งภายในของโลก แต่ในการเปรียบเทียบนี้เราต้องบอกว่าแสงของโคมไฟดังกล่าวหรี่ลงที่ระดับความลึก 2,900 กม. จากพื้นผิวโลก ด้านล่างเป็นแกนกลางของโลกซึ่งมีเพียงคลื่นไหวสะเทือนตามแนวยาวผ่านไป ดังนั้นเพื่อประเมินความแข็งแรงของโลกโดยรวมจึงจำเป็นต้องพิจารณาปัญหาของการเปลี่ยนรูปและความเค้นของลูกบอลแรงโน้มถ่วงซึ่งประกอบด้วยเปลือกยืดหยุ่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและแกนกลาง ความหนาแน่นและคุณสมบัติการยืดหยุ่นของเปลือกเปลี่ยนแปลงไปตามความลึกได้อย่างไร เกี่ยวกับหลักเราต้องเริ่มต้นด้วยสมมติฐาน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะสันนิษฐานว่าแกนกลางซึ่งอาจยกเว้นส่วนที่เป็นศูนย์กลางอยู่ในสถานะของเหลวเนื่องจากคลื่นไหวสะเทือนตามขวางจะไม่ผ่านมัน (สังเกตว่าสมมติฐานของแกนกลางของเหลวของโลกได้รับการพิจารณาก่อนการเกิดแผ่นดินไหว แต่แล้วมันก็ถูกหักล้างเพราะเชื่อว่าเปลือกโลกมีความหนาเพียงไม่กี่กิโลเมตรหรือหลายสิบกิโลเมตรและเปลือกดังกล่าวมี แกนกลางของเหลวดังที่ W. Thomson แสดงให้เห็นก็จะถูกกระแสน้ำในแกนกลางแตกเป็นเสี่ยง ๆ )
แรงน้ำขึ้นน้ำลงกระทำต่อโลกตลอดเวลาโดยยืดออกไปตามเส้นตรงที่เชื่อมต่อใจกลางโลกกับศูนย์กลางของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ พื้นผิวโลกโค้งงอภายใต้ภาระของมวลอากาศในบริเวณที่มีความกดอากาศสูง อนุภาคทั้งหมดของโลกได้รับผลกระทบจากแรงเหวี่ยงที่ตั้งฉากกับแกนการหมุนของโลกเป็นที่ชัดเจนว่าทิศทางของแรงนี้จะเปลี่ยนไปหากตำแหน่งของแกนการหมุนในร่างกายของโลกเปลี่ยนไป และความจริงที่ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นจริงเกิดขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่แล้ว สามารถคำนวณขนาดและทิศทางของแรงข้างต้นได้ ถ้าเราใช้แบบจำลองของโลกใด ๆ ในทางทฤษฎีเราก็สามารถค้นหาการเสียรูปของโลกได้เช่นกันเมื่อนำแรงเหล่านี้มาใช้กับมันเช่นคำนวณว่าระยะทางของจุดต่างๆของพื้นผิวโลกจากจุดศูนย์กลางจะเปลี่ยนไปอย่างไร ยกตัวอย่างเช่นแรงยักษ์ซึ่งตามที่ได้กล่าวไปแล้วนั้นจะยืดโลกตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมต่อศูนย์กลาง O กับจุดศูนย์กลาง L ของดวงไฟที่รบกวนนั่นคือดวงจันทร์หรือดวงอาทิตย์ ภายใต้อิทธิพลของมันพื้นผิวโลกหากเป็นทรงกลมปกติของรัศมี R จะอยู่ในรูปของการปฏิวัติทรงรีโดยมีแกนกึ่งหลักที่ส่งตรงไปยัง L สมมติว่าเราสามารถคำนวณความแตกต่างของ a - R เท่ากับสำหรับแบบจำลองนี้จากนั้นเราจะพบการเปลี่ยนแปลงของความยาวรัศมีของเวกเตอร์ p ของจุดใด ๆ บนพื้นผิวโลก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เป็นเรื่องเล็กน้อย สำหรับแบบจำลองที่พิจารณาตามหลักทฤษฎีของโลกความผันผวนสูงสุดของความยาว p ภายใต้อิทธิพลรวมของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ไม่ถึงหนึ่งเมตร เป็นที่ชัดเจนว่าไม่สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้โดยตรง เหตุใดเราจึงต้องประดิษฐ์มหาสมุทร "ไร้น้ำหนัก" ขึ้นมา? ใช่เนื่องจากกระแสน้ำในมหาสมุทรที่แท้จริงทำให้ปรากฏการณ์นี้ค่อนข้างซับซ้อนมันนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงศักยภาพความโน้มถ่วงของโลกเอง การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นของโลกให้ผลที่คล้ายกัน อัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงศักยภาพความโน้มถ่วงของโลกต่อศักยภาพภายนอกการเปลี่ยนแปลงที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้แสดงด้วยสัญลักษณ์ k พารามิเตอร์ h และ k เรียกว่า Love numbers หลังจากที่นักธรณีฟิสิกส์ชาวอังกฤษซึ่งเป็นคนแรกที่นำพารามิเตอร์เหล่านี้มาใช้เพื่อกำหนดคุณสมบัติเชิงกลของโลกโดยรวม เป็นพารามิเตอร์เหล่านี้ที่คำนวณตามทฤษฎีสำหรับแบบจำลองต่างๆของโลก พวกเขาพยายามระบุจากการวิเคราะห์การสังเกตปรากฏการณ์ต่างๆ ปรากฏการณ์เหล่านี้คืออะไร? มาแสดงรายการที่สำคัญที่สุดของพวกเขา:
นี่เป็นกรณีของโลกที่เป็นของแข็งอย่างแน่นอน แต่ถ้าเราคำนึงถึงว่าโลกมีรูปร่างผิดปกติภายใต้อิทธิพลของกองกำลังต่าง ๆ ภาพจะกลายเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมากขึ้น แรงน้ำขึ้นน้ำลงทำให้โลกเสียรูปทำให้การบีบอัดของมันเปลี่ยนแปลงไปบ้างตลอดเวลา ซึ่งหมายความว่าในแบบจำลองของเรามวลของวงแหวนจะเปลี่ยนไปและในทางกลับกันสิ่งนี้จะปรากฏให้เห็นในความผันผวนเป็นระยะที่อ่อนแอของความเร็วเชิงมุมของการหมุนของโลก เมื่อการบีบอัดลดลงความเร็วจะเพิ่มขึ้นและโลกจะเริ่มแซงอย่างเท่าเทียมกัน นี่คือด้านหนึ่งของปัญหา แต่การเปลี่ยนรูปของโลกส่งผลต่อการหมุนของมันในอีกทางหนึ่ง หากต้องการอธิบายให้แน่ชัดเรามาทำการทดลองทางจิตต่อไปนี้ ลองจินตนาการว่าการหมุนของโลกหยุดลงและแรงเหวี่ยงไม่กระทำอีกต่อไป ยิ่งไปกว่านั้นถ้าโลกเป็นร่างกายที่มั่นคงอย่างแท้จริงรูปร่างของมันก็จะยังคงเหมือนเดิม ถ้าโลกเป็นร่างกายของเหลวมันจะมีรูปร่างเหมือนลูกบอลธรรมดา เส้นศูนย์สูตรของมวลที่มากเกินไปและด้วยวงแหวนในแบบจำลองของเราก็จะหายไปทั้งหมด แต่บนโลกแห่งความเป็นจริงเมื่อการหมุนของมันหยุดลงแรงยืดหยุ่นภายในก็เข้ามามีบทบาท พวกมันจะต่อต้านแรงโน้มถ่วงและด้วยเหตุนี้โลกจึงยังคงเป็นทรงกลมที่บีบอัดแม้ว่าการบีบอัดของมันจะลดลงก็ตาม นั่นหมายความว่ามวลของวงแหวนของแบบจำลองของเราก็จะลดลงด้วย เท่าไหร่? นี่คือคำถามหลักเกี่ยวกับการแก้ปัญหาซึ่งการประเมินความแข็งของโลกขึ้นอยู่กับ เราสังเกตว่าช่วงเวลาของการคลายอิสระนั้นสั้นลงยิ่งมีมวลส่วนเกินของเส้นศูนย์สูตรมากเท่าไหร่นั่นก็คือมวลของวงแหวน สำหรับโลกที่แข็งอย่างแน่นอนระยะเวลานี้จะเท่ากับ 305 วัน ในความเป็นจริงเมื่อการวิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของเสาโลกในช่วง 70 ปีที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าใกล้ถึง 430 วัน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าระยะเวลาของการดูดซึมอิสระไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลส่วนเกินของเส้นศูนย์สูตรทั้งหมด แต่เฉพาะส่วนนั้นเท่านั้นที่จะไม่หายไปหากการกระทำของแรงเหวี่ยงหยุดลง ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะคำนวณว่าการหยุดหมุนจะลดมวลของวงแหวนในแบบจำลองของเราลง 30% (อย่างแม่นยำยิ่งกว่านั้นวงแหวนนี้แบ่งออกเป็นสองส่วนและหนึ่งในนั้นมีประมาณหนึ่งในสามของมวลทั้งหมดจะตั้งอยู่ในระนาบตั้งฉากกับแกนหมุนทันทีและไม่มีผลต่อการเคลื่อนที่ของแกนนี้ใน ร่างกายของโลก) ตัวเลขข้างต้นแสดงให้เห็นว่าเงื่อนไขใดจะมีความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงที่พยายามจะเปลี่ยนโลกให้เป็นลูกบอลและกองกำลังยืดหยุ่นที่พยายามรักษารูปร่างไว้ไม่เปลี่ยนแปลง ในระหว่างการทำงานเหล่านี้ได้มีการกลั่นข้อสรุปบางประการของทฤษฎีการหมุนของโลกด้วยแกนกลางที่เป็นของเหลว ดังนั้นปรากฎว่าอิทธิพลของแกนกลางของเหลวน่าจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดของการสั่นบางส่วนของแกนโลกในอวกาศ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าการเคลื่อนที่เป็นวงกลมที่อ่อนแออีกครั้งหนึ่งซึ่งมีระยะเวลาใกล้เคียงกับวันจะถูกเพิ่มเข้าไปในส่วนประกอบที่ทราบอยู่แล้วของการเคลื่อนที่ของเสาโลก การค้นหาผลกระทบเหล่านี้เป็นความท้าทายที่อยู่ที่ขีด จำกัด ของขีดความสามารถของดาราศาสตร์สมัยใหม่ แต่มันก็คุ้มค่าที่จะลอง ความพยายามดังกล่าวเกิดขึ้นโดยนักดาราศาสตร์ชาวยูเครน กลับกลายเป็นว่าประสบความสำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง N.A.Popov ประสบความสำเร็จในการตรวจจับในการสังเกตการณ์ระยะยาวของดาวสุดยอดสองดวงใน Poltava ความผันผวนของละติจูดที่อ่อนแอโดยมีช่วงเวลาที่ทำนายโดยทฤษฎีของ M.S. Modensky ดังนั้นจึงได้ข้อโต้แย้งใหม่ ๆ เพื่อสนับสนุนสมมติฐานของแกนกลางของเหลวของโลก ตอนนี้เราสามารถพูดได้ว่าโลกโดยรวมดูเหมือนจะแข็งแกร่งกว่าลูกเหล็กกลวงที่มีเปลือกหนาประมาณ 3,000 กม. อย่างไรก็ตามสิ่งต่อไปนี้สามารถคัดค้านการประเมินดังกล่าวได้ ข้อสรุปทั้งหมดของเรามาจากการศึกษาการเปลี่ยนรูปที่อ่อนแอมาก เราจะใช้มันได้หรือไม่หากเราต้องคำนวณการกระทำของกองกำลังที่ทำให้เกิดความผิดปกติที่มีนัยสำคัญมากขึ้นและแม้แต่คุกคามความสมบูรณ์ของโลกของเรา เห็นได้ชัดว่าเป็นไปไม่ได้หากไม่มีการปรับเปลี่ยนที่สำคัญแต่มีภัยคุกคามจากการเกิดขึ้นของกองกำลังที่ทรงพลังเช่นนี้ซึ่งการคำนวณดังกล่าวจะกลายเป็นสิ่งที่จำเป็นหรือไม่? สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นพูดเพราะระบบการหมุนของโลกของเราจะหยุดชะงักอย่างมีนัยสำคัญหรือไม่? เหตุผลทางธรรมชาติสำหรับเรื่องนี้เป็นเรื่องยากที่จะหา อย่างไรก็ตามเมื่อเวลาผ่านไปผู้คนจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงการหมุนของโลกตามดุลยพินิจของตนเองได้หรือไม่? นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่มีการถามคำถามนี้
อย่างไรก็ตามเรื่องดังกล่าวจบลงด้วยความว่างเปล่า ปรากฎว่าในการคำนวณวิศวกรของ บริษัท อาร์กติกได้ทำผิดพลาดอย่างร้ายแรง: พวกเขาไม่ได้คำนึงถึงความจริงที่ว่าโลกไม่ใช่ลูกบอล แต่มีมวลเพิ่มเติมในแถบเส้นศูนย์สูตร เมื่อพิจารณาถึงมวลนี้วิศวกรชาวฝรั่งเศสคนหนึ่งได้ทำการคำนวณใหม่และแสดงให้เห็นว่าภายใต้การกระทำของภาพที่คาดการณ์ไว้ขั้วของโลกจะเคลื่อนที่บนพื้นผิวเพียง 3 ไมครอน มันอยากรู้ว่าเรื่องนี้ตามที่บอกไว้ในหนังสือ "การหมุนของโลก" นักธรณีฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Munk และ Macdonald มีความต่อเนื่องที่ทันสมัย ใน. ในระหว่างการเลือกตั้งประธานาธิบดีในปี 2499 วุฒิสมาชิกเอสเตสเคเฟเวอร์ผู้สมัครชิงตำแหน่งรองประธานาธิบดีกล่าวว่าจากการทดสอบระเบิดไฮโดรเจนแกนของโลกอาจเบี่ยงเบนไป 10 ° อย่างไรก็ตามการคำนวณที่แม่นยำจะแสดงเป็นอย่างอื่น พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดของระเบิดไฮโดรเจนกำลังปานกลางจะเพียงพอที่จะให้กระสุนปืนที่มีน้ำหนักหนึ่งล้านตันด้วยความเร็ว 11 กิโลเมตรต่อวินาที แต่การหดตัวของปืนใหญ่ที่จะยิงออกไปเช่นนี้จะทำให้เสาโลกเคลื่อนไปได้เพียงไมครอนหนึ่งไมครอน “ และ 70 ปีหลังจากจูลส์เวิร์น- ผู้เขียนทราบ - สมาชิกของรัฐบาลวอชิงตันยังคงปฏิเสธที่จะรับทราบการมีอยู่และความสำคัญของเส้นศูนย์สูตรของมวลชน "... ดังนั้นแม้แต่วิธีการที่ทรงพลังยิ่งยวดที่ผู้คนมีอยู่ในตอนนี้ก็ยังไม่เพียงพอที่จะมีผลกระทบต่อการหมุนของโลกอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นโลกของเราจึงมั่นคงและทนทานพอที่จะทนต่อแรงที่กระทำเป็นระยะ ๆ หรือในช่วงเวลาสั้น ๆ พวกมันจะทำให้เสียรูปอย่างละเอียดเท่านั้น แต่ผลกระทบอาจแตกต่างกันหากกองกำลังกระทำในทิศทางเดียวกันเป็นเวลาหลายล้านปี อาจเป็นไปได้ว่าในความสัมพันธ์กับกองกำลังดังกล่าวโลกมีพฤติกรรมไม่เหมือนร่างกายที่ยืดหยุ่นตามอุดมคติ แต่เป็นตัวพลาสติกที่เปลี่ยนรูปร่างแม้ว่าจะช้า แต่ก็มีนัยสำคัญ เรามาถึงประเด็นวิวัฒนาการของโลกและบทบาทของกระบวนการภายในที่มีต่อสิ่งนี้ พวกมันสร้างความเครียดในร่างกายของโลกบางครั้งก็เกินกำลังสูงสุด เป็นไปได้ว่าในเวลาเดียวกันการเปลี่ยนรูปของน้ำขึ้นน้ำลงของโลกและการรบกวนเพียงเล็กน้อยในความคงที่ของการหมุนบางครั้งก็มีบทบาทเป็น "ตัวกระตุ้น" นั่นคือการสั่นสะเทือนครั้งสุดท้ายที่ทำให้เกิดการแตกและการเปลี่ยนแปลงในเปลือกโลกและเปลือกโลก . ในทางกลับกันปรากฏการณ์หลังสามารถมีอิทธิพลต่อการหมุนของโลกขณะนี้นักธรณีฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์กำลังมีส่วนร่วมอย่างเข้มข้นในการค้นหาอาการของอิทธิพลนี้ E. Fedorov |
"โอ้ถ้าเช่นนี้ร่างกายที่หนักเกินไปก็ละลายสลายกลายเป็นน้ำค้าง!" แฮโรลด์เจฟฟรีส์นักธรณีฟิสิกส์ชื่อดังชาวอังกฤษได้นำคำเหล่านี้ของแฮมเล็ตมาเป็นตัวอย่างหนึ่งในบทของหนังสือของเขา "โลก".
ในการทดสอบสมมติฐานเกี่ยวกับคุณสมบัติของนิวเคลียสจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะต้องหันไปหาประสบการณ์ แต่เราสามารถพูดถึงประสบการณ์แบบไหนได้เมื่อเราจัดการกับร่างกายที่มีขนาดเท่ากับโลก? อันที่จริงเพื่อทดสอบความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ใด ๆ ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์นี้จะถูกวางไว้ในเครื่องพิเศษโดยยืดออกบิดหรือบีบ ในกรณีนี้จะมีการบันทึกทั้งแรงที่ใช้และการเสียรูปของตัวอย่าง แต่เราไม่มีโอกาสตามดุลยพินิจของเราที่จะใช้กองกำลังกับโลกเพียงพอที่จะเปลี่ยนแปลงรูปร่างของมันแม้แต่เล็กน้อย เราต้องพอใจกับสิ่งที่ธรรมชาติมอบให้
หากแกนการหมุนของโลกตั้งฉากกับระนาบของวงแหวนนั่นคือเกิดขึ้นพร้อมกับแกนสมมาตรของแบบจำลองแรงเหวี่ยงจะไม่ส่งผลต่อการหมุนของแบบจำลอง - มันจะยืดวงแหวนเท่านั้น แต่ทันทีที่แกนของการหมุนเบี่ยงเบนไปจากแกนสมมาตรการกระทำของแรงเหวี่ยงจะเริ่มปรากฏให้เห็นเหมือนการกระทำของกองกำลังคู่หนึ่งซึ่งในขณะที่มันพยายามที่จะกระทบแกนดังกล่าวข้างต้น อย่างไรก็ตามผลกระทบนั้นค่อนข้างคาดไม่ถึง: แกนของการหมุนไม่ตรงกับแกนสมมาตร แต่เริ่มเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ โดยอธิบายถึงพื้นผิวทรงกรวยในร่างกายของโลก การเคลื่อนไหวนี้เรียกว่า free nutation และระยะเวลาของมันจะสั้นลงมวลของวงแหวนก็จะยิ่งมากขึ้น
เรื่องราวของเขาเริ่มต้นด้วยนวนิยายของ Jules Verne "ล่างขึ้นบน"... มันบอกเกี่ยวกับโครงการของ บริษัท อุตสาหกรรมอาร์กติกในการหมุนแกนของโลกที่มุม 23 °โดยใช้แรงผลักที่ปืนใหญ่สามารถให้โลกได้เนื่องจากการหดตัวเมื่อถูกยิง ตามการคำนวณของวิศวกรของ บริษัท ดังกล่าวด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องยิงกระสุนปืนที่มีน้ำหนัก 180,000 ตันจากปืนใหญ่ โครงการนี้กระตุ้นให้เกิดความสนใจเป็นอันดับแรกจากนั้นก็เกิดความวิตกกังวลและในที่สุดก็คือความตื่นตระหนกเนื่องจากการดำเนินการจะนำไปสู่ผลที่ตามมาอย่างหายนะ
| กรงคืออะไร? | ข้อมูลสองมิติทางสรีรวิทยา: กลไกและผลที่ตามมา |
|---|
สูตรใหม่
