В истории науки всегда должное место принадлежит тем учёным, кто первым открыл, определил или обратил внимание на ранее неизвестные явления и закономерности природы.

Цель этой публикации – восстановление приоритета известного астронома и геофизика академика АН УССР Александра Яковлевича Орлова (1880–1954), который впервые в 1954 году определил по данным астрономических наблюдений параметры такого глобального явления, как вековое движение географического северного полюса Земли.

Имя Александра Яковлевича Орлова – известного астронома и геофизика, основателя Полтавской гравиметрической и Главной астрономической обсерватории НАН Украины и отечественной научной школы глобальной геодинамики, широко известно мировому астрономическому сообществу. А вот его работа, в которой впервые по данным астрономических наблюдений определены параметры векового движения северного полюса Земли, оказалась малоизвестной в мире.

Да и сам Александр Яковлевич с осторожность относился к полученным оценкам, возможно, потому, что точность широтных наблюдений с 1900 по 1950 гг. на зенит-телескопах, использованных им для вычислений, была невысокой.

Однако, теперь эти первые оценки векового движения полюса Земли, полученные учёным, были подтверждены почти вековыми астрономическими наблюдениями на различных инструментах многих обсерваторий мира и разными современными методами, в частности космическими.

Вопрос о движении географических полюсов Земли по её поверхности интересовал человечество с давних времён. Существовало предположение, что полюс находился в современной экваториальной области, а, следовательно, климат на Земле был совсем другим.

Даже в современную эпоху учёные, которые изучают историю климата, восстанавливают схемы дрейфа полюсов по поверхности Земли на основе найденных остатков тропической фауны и флоры в холодных районах Земли. Других подтверждений дрейфа полюсов Земли до ХІХ столетия не было.

Первые попытки выявить движение полюсов по астрономическим наблюдениям начались со второй половины ХІХ века. Для этого на многих обсерваториях мира определялись изменения их широт, которые сравнивались для разных эпох наблюдений, поскольку именно движение полюса Земли приводит к изменению координат обсерваторий, в частности их широт.

Первым учёным, кто определил скорость и направление векового движения полюса, был А.Я. Орлов. Подтверждением этого является его статья «О вековом движении полюса» [4] в сборнике, который был опубликован в 1954 г. на двух языках – русском и французском.

Интересно отметить, что дальнейшие определения векового движения полюса, которые были проведены учёными разных стран на основании новых более точных и более продолжительных наблюдений, подтвердили оценки, полученные А.Я. Орловым.

Однако, в Интернете на сайте «Secular variation of a polar motion – IERS» (см. рисунок и таблицу) во вступлении к таблице с современными оценками векового движения полюса Земли отмечается, что впервые о вековом движении полюса по данным астрономических наблюдений упоминается в работе Марковица в 1960 г.

Как отмечал сам А.Я. Орлов, при анализе наблюдений за изменением широты Пулкова, проведенных М.О. Нюреном в 1843–1872 гг., он обратил внимание на прогрессивное уменьшение широты [4].

Подобные результаты были получены и на других обсерваториях, но они не всегда подтверждали выводы относительно движения полюса, поэтому стало очевидным, что без организации специальных астрономических наблюдений невозможно изучение движения полюсов Земли, в том числе векового.

Такая организация под названием Международная служба широты (МСШ) была создана в 1899 г., она включала до пяти станций на так называемой международной параллели 39⁰08′ (в разные годы число станций менялось). Наблюдения на этих станциях велись на однотипных зенит-телескопах по общей программе наблюдений. Именно такие наблюдения с 1900 по 1950 годы и использовал А.Я. Орлов для определения векового движения полюса. Задача усложнялась тем, что в этот период изменялось число станций, и трижды менялась программа широтных наблюдений.

А.Я. Орлов выбрал станции, которые наблюдали беспрерывно, провёл тщательный анализ программ наблюдений, учитывая их изменения и определения единой системы склонений звёзд широтных программ. В своей работе он впервые ввёл понятие средней широты, т.е. широты отфильтрованной от периодических колебаний (этот метод назван методом Орлова).

Для анализа были выбраны наблюдения всего трёх станций: в Миздусаве (Япония), Карлофорте (Италия) и Юкайя (США) – всего 258 692 наблюдений широты. Именно обработка этих наблюдений дала возможность А.Я. Орлову определить прогрессивный (вековой) дрейф полюса Земли за период с 1900 по 1950 гг, и получить такие оценки: скорость движения полюса равняется 0,004″ в год, направление движения – 69⁰ на запад от Гринвича (рисунок).

В таблице Международной службы вращения Земли (IERS) приведены оценки векового движения полюса за продолжительное время и с использованием более точных и однородных наземных наблюдений, а также – космических исследований [6–15, 18–21]. Эти оценки подтверждают правильность первых результатов А.Я. Орлова.

Отметим, что между этими первыми оценками А.Я. Орлова 1954 г. и оценками векового движения полюса, опубликованными с 1980 г. (таблица), в 1960–1970 гг. разными исследователями были получены оценки, которые, однако, оказались менее точными, поскольку при их определении использовались более короткие интервалы времени.

Это – работы С. Юми и Й. Вако (1970) [22], В. Марковица (1970) [13], А. Стойко, Н. Стойко (1970) [17], А.А. Михайлова (1972) [3], Е. Провербио, В. Квисаде (1973) [16], Л.Д. Костиной, В.И. Сахарова (1975) [1] и др.

Следует отметить, что эти оценки векового движения полюса мало отличаются между собой, так как базировались на наблюдениях на одних и тех же международных станциях и на использовании подобных методов вычислений. Существенным было то, что выводы указанных исследователей были едины с мнением А.Я. Орлова о необходимости увеличения числа станций наблюдений и реорганизации деятельности МСШ для получения более достоверных результатов о движении полюса Земли.

Интересно также отметить, что именно в 1960–1970 гг. появилось немало публикаций, в которых высказывалось сомнение относительно реальности векового движения полюса Земли из-за низкой точности наблюдений. В частности, это работы Б. Мвандельброта и К. Макками (1970) [11], Н.Т. Миронова, А.А. Корсунь (1974) [2] и др.

Авторы этих работ, используя методы математической статистики, показали, что скорости линейных трендов в изменениях широт обсерваторий не противоречат принадлежности их случайным величинам, а вековое движение полюса подобно броуновскому движению и является случайным «блужданием». Выше уже отмечалось, что и сам А.Я. Орлов очень осторожно относился к полученным им результатам. Вот что он писал в своей статье 1954 г.: «Однако международные наблюдения в настоящее время не дают никакого контроля полученного здесь результата, и наблюдений на трёх станциях, только на трёх широтных станциях, слишком недостаточно, чтобы иметь полную уверенность в правильности найденного решения. Нужны ещё долгие наблюдения на гораздо большем, чем теперь, числе станций, расположенных хотя бы попарно на одной и той же параллели».

Именно такое требовательное отношение к своим результатам обусловило то, что А.Я. Орлов предлагал для практических целей геодезии и определения поправок к всемирному времени считать непериодические изменения широт как неполярные изменения и исключать эти изменения при вычислении полодии в системе среднего полюса эпохи наблюдения, которая получила название системы Орлова. И это было оправданным шагом.

Итак, понадобилось много времени, чтобы подтвердить реальность первого результата Александра Яковлевича относительно векового движения полюса и правильность его соображений о необходимости расширения сети станций наблюдения и усовершенствования методов наблюдения для получения достоверных результатов о движении полюсов Земли.

В успешном решении этой задачи заслуга целых поколений исследователей разных стран, и существенную роль в этом сыграли новаторские идеи и работы А.Я. Орлова.

Таблица современных оценок параметров векового движения полюса Земли
(сайт «Secular polar motion – IERS»)

Литература:

1. Костина Л.Д., Сахаров В.И. О вековом движении географического полюса Земли // Астрометрия и астрофизика. – 1975. – Вып. 27. – C. 7–13.
2. Миронов Н.Т., Корсунь А.А. Об относительных перемещениях зенитов астрономических обсерваторий // Астрометрия и астрофизика. – 1974. – Вып. 22. – C. 106–110.
3. Михайлов А.А. О движении земных полюсов // Астрон. журн. – 1971. – Т. 48. – C. 1301–1304.
4. Орлов А.Я. О вековом движении полюса // О задачах и программе наблюдений Международной службы широты. – М.: Изд-во АН СССР, 1954. – C. 13–18.
5. Орлов А.Я. Служба широты. — М.: Изд-во АН СССР, 1958. – 135 с.
6. Chao B. F. Autorregresive harmonic analysis of the Earth’s polar motion using Homogeneous International Latitude Service data // J. Geophys. Res.—1983.— 88.—P. 10299—10307.
7. Dickman S. R. Investigation of controvertial polar motion features using homogeneous ILS data // J. Geophys. Res.—1981.—86.—P. 4904—4912.
8. Dickman S. R. Tectonic and Cryospheric excitation of the Chandler Wooble and a Brief review of the secular motion of the Earth’s rotation pole // IAU Colloquium 178: — 2000 // ASP Conf. Ser.—2000.—208.—P. 411—435. — Polar Motion Historical and Scientific Problems
9. Gross R. S. A determination an Analysis of polar motion: Ph. D. dissert. — University of Colorado, 1982.
10. Gross R. S. // EOS Fall Meeting —1998.
11. Mandelbrot B. B., McCamy K. On the secular polar motion and the Chandler wobble. Geophys // J. Roy. Astron. Soc. Can.—1970.—21.—P. 217—232.
12. MacCarthy D. D., Luzum B. J. Path of the mean rotational pole from 1899 to 1994 // Geophys. J. Int.—1996.—125.—P. 623—629.
13. Markowits W. Sudden changes in rotational acceleration of the Earth and secular motion of the pole // Earthquuake displacementt fields and rotation of the Earth. — Dordrecht-Holland, 1970.—P. 69—81.
14. Okamoto I., Kikuchi N. // Publs Int. Latit. Observ. Mizusawa.—1983.—16.—P. 35.
15. Poma A., Proverbio E., Uras S. // Publs Staz. Astron. Carloforte.—1991.— Cagliari.—14.—P. 19.
16. Proverbio E., Quesada V. Analysis of secular polar motion and continntal drift // Bull. Geod.—1973.—109.—P. 281—291.
17. Stoyko A., Stoyko N. Variations de latitudes et longitudes et le mouvement de lйcorce terrestre // Problems of recent crustal movements of the Earth. — Moscow, 1980.—P. 425—428.
18. Schuh H., Nagel S., Seitz T. Linear drift and periodoc variations observed in long time series of polar motion // J. Geodesy.—2001.—74.—P. 701—710.
19. Vondrak J., Ron C., Pesek I., Cepek A. New Global Solution of Earth orientation parameters from optical astrometry in 1900—1990 // Astron. and Astrophys.—1995.— 297.—P. 899—906.
20. Vondrak J. Secular and long-periodic polar motion as derived from combination of astrometric and space geodetic observations // Journйes 1998 SystPme Rйfйrence Spatio-Temporels, Capitaine ed. Observ. Paris.—1999.—P. 195—201.
21. Wilson C., Vicente R. An analysis of the homogeneous ILS polar motion series // Geophys. J. Roy. Astron. Soc.—1980.—62.—P. 605—616.
22. Yatskiv Ya. S. The Ukrainian Geodynamics School of Alexander Ya. Orlov // JOURNEES “Systemes de reference spatio-temporels.” — Paris, 1998.—P. 189—194.
23. Yumi S., Wako Y. Secular motion of the pole // Earthquuake displacementt fields and rotation of the Earth. — Dordrecht-Holland, 1970.—P. 82—87.

А.А. Корсунь, кандидат физико-математических наук, Главная астрономическая обсерватория НАН Украины

По теме: