Сергей Леонидович Пасынок, д-р техн. наук, начальник отдела, Главный метрологический центр Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли
141570, Московская обл., г. Солнечногорск, пгт Менделеево, промзона ФГУП ВНИИФТРИ, д. –, к. 11.
Sergey L. Pasynok, D. Sc. (Engineering), Нead of Laboratory, Main Metrological Center of the State service of time, frequency and determination of the Earth rotation parameters
141570, Moscow Region, Solnechnogorsk, Mendeleevo urban-type settlement, FSUE “VNIIFTRI” industrial zone, bld. –, bldg. 11.
Параметры вращения Земли определяют связь земной и небесной систем отсчёта. В Российской Федерации задача по определению и прогнозированию параметров вращения Земли возложена на Государственную службу времени, частоты и определения параметров вращения Земли. При прогнозировании параметров вращения Земли особое влияние оказывают такие моды свободного вращения Земли, как чандлеровское движение полюса и свободная нутация ядра. Также эти моды имеют важное теоретическое значение, поскольку их частоты входят в состав передаточной функции принятой теории нутации и прецессии Земли МАС2000. Предварительно обработаны данные измерений движения полюса и смещения небесного полюса, полученные Международной службой вращения Земли и систем отсчёта (International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS). Обработка проведена с целью исключения из указанных данных трендов, а также годового движения полюса (для координат полюса). Построены периодограммы Ломба-Скаргла предварительно обработанных данных измерений. Предложена и обоснована резонансная модель чандлеровского движения полюса на основе решения уравнений свободных колебаний. Для её верификации использовано сравнение двух периодограмм Ломба-Скаргла, одна из которых рассчитана по идеализированной резонансной модели чандлеровского движения полюса, а вторая построена по результатам предварительно обработанных данных измерений. Анализ этих периодограмм позволил уточнить период чандлеровского движения полюса. Получено значение периода чандлеровского движения полюса, равное (432,47±0,03) суток относительно вращающейся Земли. Также совпадение периодограмм Ломба-Скаргла идеализированной модели и модели, построенной по результатам предварительно обработанных данных измерений, подтвердило возможность использования этого же принципа для построения более реалистичной модели. Построена численная реализация более реалистичной резонансной модели чандлеровского движения полюса. Параметры данной модели и результаты сравнения рассчитанного по ней вклада в координаты полюса с предварительно обработанными данными измерений представлены в настоящей статье. Поведение периодограммы Ломба-Скаргла, построенной по предварительно обработанным данным измерений, было объяснено с помощью резонансной модели чандлеровского движения полюса без привлечения дополнительных предположений о частотном расщеплении или медленном изменении резонансных свойств планеты Земля со временем. Построенную (более реалистичную) резонансную модель можно применять для прогнозирования вклада чандлеровского движения полюса в координаты полюса, что приводит к повышению точности прогнозирования и с теоретической точки зрения подтверждает одночастотную структуру свободной нутации ядра, принятую в действующей теории прецессии и нутации. Невозможность применения более реалистичной резонансной модели для прогнозирования вклада свободной нутации ядра в координаты смещения небесного полюса с теоретической точки зрения подтверждает противоречие между принятой в действующей теории прецессии и нутации одночастотной структурой свободной нутации ядра и отсутствием подтверждения этого результатами измерений.
The parameters of the Earth's rotation determine the relationship between the terrestrial and celestial reference systems. In the Russian Federation, the task of determining and predicting the parameters of the Earth's rotation is assigned to the State Service of Time, Frequency and Determination of the Parameters of the Earth's Rotation. When predicting the parameters of the Earth's rotation, such modes of free rotation of the Earth as the Chandler pole motion and the free nutation of the core have a special influence. These modes are also of great theoretical importance, since their frequencies are part of the transfer function of the accepted theory of nutation and precession of the Earth MAS2000. The measurement data of the pole motion and the displacement of the celestial pole obtained by the International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) have been preprocessed. The processing was carried out in order to exclude trends from these data, as well as the annual movement of the pole (for pole coordinates). Lomb-Scargle periodograms of the preprocessed measurement data are constructed. A resonant model of the Chandler pole motion based on solving the equations of free oscillations is proposed and substantiated. To verify it, we used a comparison of two Lomb-Scargle periodograms, one of which is calculated using an idealized resonance model of the Chandler pole motion, and the second is based on the results of preprocessed measurement data. The analysis of these periodograms made it possible to specify the period of the Chandler pole motion. The value of the period of the Chandler pole motion is equal to (432.47±0.03) days relative to the rotating Earth. Also, the coincidence of the Lomba-Scargle periodograms of the idealized model and the model based on the results of preprocessed measurement data confirmed the possibility of using the same principle to build a more realistic model. A numerical implementation of a more realistic resonant model of the Chandler pole motion is constructed. The parameters of this model and the results of comparing the calculated contribution to the pole coordinates with the preprocessed measurement data are presented in this article. The behavior of the Lomb-Scargle periodogram, constructed from preprocessed measurement data, was explained using the resonant model of the Chandler pole motion without involving additional assumptions about frequency splitting or slow changes in the resonant properties of planet Earth over time. The constructed (more realistic) resonance model can be used to predict the contribution of the Chandler pole motion to the pole coordinates, which leads to increased forecasting accuracy and theoretically confirms the single-frequency structure of the free nutation of the nucleus, adopted in the current theory of precession and nutation. The impossibility of using a more realistic resonance model to predict the contribution of free nuclear nutation to the coordinates of the celestial pole shift from a theoretical point of view confirms the contradiction between the single-frequency structure of free nuclear nutation accepted in the current theory of precession and nutation and the lack of confirmation of this by measurement results.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.