Мета цієї публікації – відновлення пріоритету відомого астронома та геофізика академіка АН УРСР Олександра Яковича Орлова (1880–1954), який уперше 1954 року визначив за даними астрономічних спостережень параметри такого глобального явища, як віковий рух географічного північного полюса Землі.

Ім'я Олександра Яковича Орлова – відомого астронома та геофізика, засновника Полтавської гравіметричної та Головної астрономічної обсерваторії НАН України та вітчизняної наукової школи глобальної геодинаміки, широко відоме світовій астрономічній спільноті. А ось його робота, в якій вперше за даними астрономічних спостережень визначено параметри вікового руху північного полюса Землі, виявилася маловідомою у світі.

 Та й сам Олександр Якович обережно ставився до отриманих оцінок, можливо, тому, що точність широтних спостережень з 1900 по 1950 рр. на зеніт-телескопах, використаних для обчислень, була невисокою.

Однак тепер ці перші оцінки вікового руху полюса Землі, отримані вченим, були підтверджені майже віковими астрономічними спостереженнями на різних інструментах багатьох обсерваторій світу і різними сучасними методами, зокрема, космічними.

Питання про рух географічних полюсів Землі на її поверхні цікавило людство з давніх-давен. Існувало припущення, що полюс перебував у сучасній екваторіальній області, отже, клімат Землі був зовсім іншим. Навіть у сучасну епоху вчені, які вивчають історію клімату, відновлюють схеми дрейфу полюсів на Землі на основі знайдених залишків тропічної фауни та флори в холодних районах Землі. Інших підтверджень дрейфу полюсів Землі до ХІХ сторіччя не було.

Перші спроби виявити рух полюсів за астрономічними спостереженнями розпочалися з другої половини ХІХ ст. Для цього на багатьох обсерваторіях світу визначалися зміни їх широт, які порівнювалися для різних епох спостережень, оскільки рух полюса Землі призводить до зміни координат обсерваторій, зокрема, їх широт.

Першим ученим, хто визначив швидкість та напрямок вікового руху полюса, був О.Я. Орлов. Підтвердженням цього є його стаття «Про віковий рух полюса» [4] у збірнику, який був опублікований у 1954 р. двома мовами – російською та французькою.

Цікаво відзначити, що подальші визначення вікового руху полюса, які були проведені вченими різних країн на підставі нових точніших і триваліших спостережень, підтвердили оцінки, отримані О.Я. Орловим.

Проте в Інтернеті на сайті «Secular variation of a polar motion – IERS» (див. рисунок та таблицю) у вступі до таблиці із сучасними оцінками вікового руху полюса Землі зазначається, що вперше про віковий рух полюса за даними астрономічних спостережень згадується в роботі Марковиця 1960 р.

Як зазначав сам О.Я. Орлов, під час аналізу спостережень за зміною широти Пулкова, проведених М.О. Нюреном у 1843–1872 рр.,  він звернув увагу на прогресивне зменшення широти [4].

Подібні результати були отримані і на інших обсерваторіях, але вони не завжди підтверджували висновки щодо руху полюса, тому стало очевидним, що без організації спеціальних астрономічних спостережень неможливе вивчення руху полюсів Землі, зокрема, вікового.

Така організація під назвою Міжнародна служба широти (МСШ) була створена в 1899 р., вона включала до п'яти станцій на так званій міжнародній паралелі 39⁰08′  (в різні роки кількість станцій змінювалося). Спостереження цих станціях велися на однотипних зеніт-телескопах за загальною програмою спостережень. Саме такі спостереження з 1900 до 1950 року і використовував О.Я. Орлов для визначення вікового руху полюса. Задача ускладнювалася тим, що в цей період змінювалася кількість станцій, і тричі змінювалася програма широтних спостережень.

О Я. Орлов обрав станції, які спостерігали безперервно, провів ретельний аналіз програм спостережень з огляду на їх зміни та визначення єдиної системи схилення зірок широтних програм. У своїй роботі він уперше ввів поняття середньої широти, тобто широти, відфільтрованої від періодичних коливань (цей метод названий методом Орлова).

Для аналізу було обрано спостереження всього трьох станцій: у Міздусаві (Японія), Карлофорті (Італія) та Юкайя (США) – всього 258 692 спостережень широти. Саме обробка цих спостережень дала можливість О.Я. Орлову визначити прогресивний (віковий) дрейф полюса Землі за період з 1900 по 1950 рр.  і отримати такі оцінки: швидкість руху полюса дорівнює 0,004″ на рік, напрямок руху – 69⁰ на захід від Грінвіча (рисунок).

У таблиці Міжнародної служби обертання Землі (IERS) наведено оцінки вікового руху полюса за тривалий час та з використанням більш точних та однорідних наземних спостережень, а також космічних досліджень [6–15, 18–21]. Ці оцінки підтверджують правильність перших результатів О.Я. Орлова.

Зазначимо, що з цими першими оцінками О.Я. Орлова 1954 р. та оцінками вікового руху полюса, опублікованими з 1980 р. (таблиця), у 1960–1970 роках різними дослідниками були отримані оцінки, які, однак, виявилися менш точними, оскільки при визначенні їх використовувалися більш короткі інтервали часу.

 Це – роботи С. Юмі та Й. Вако (1970) [22], В. Марковіца (1970) [13], А. Стойко, Н. Стойко (1970) [17], О.О. Михайлова (1972) [3], Є. Провербіо, Ст Квісаде (1973) [16], Л.Д. Костіної, В.І. Сахарова (1975) [1] та ін.

Слід зазначити, що ці оцінки вікового руху полюса мало відрізняються між собою, оскільки базувалися на спостереженнях на тих самих міжнародних станціях і на використанні подібних методів обчислень. Істотним було те, що висновки зазначених дослідників були єдині з думкою О.Я. Орлова про необхідність збільшення кількості станцій спостережень та реорганізації діяльності МСШ для отримання більш достовірних результатів щодо руху полюса Землі.

Цікаво також зазначити, що саме у 1960–1970 роках з'явилося чимало публікацій, у яких висловлювався сумнів щодо реальності вікового руху полюса Землі через низьку точність спостережень. Зокрема, це роботи Б. Мвандельброта та К. Маккамі (1970) [11], Н.Т. Миронова, А.О. Корсунь (1974) [2] та ін.

Автори цих робіт, використовуючи методи математичної статистики, показали, що швидкості лінійних трендів у змінах широт обсерваторій не суперечать належності їх випадковим величинам, а віковий рух полюса подібний до броунівського руху і є випадковим «блуканням». Вище зазначалося, що і сам О.Я. Орлов дуже обережно ставився до отриманих результатів. Ось що він писав у своїй статті 1954 р.: «Однак міжнародні спостереження на даний час не дають ніякого контролю отриманого тут результату, і спостережень на трьох станціях, тільки на трьох широтних станціях, замало, щоб мати повну впевненість у правильності знайденого рішення. Потрібні ще довгі спостереження на набагато більшому, ніж тепер, числі станцій, розташованих хоча б попарно на одній паралелі».

Саме таке вимогливе ставлення до результатів зумовило те, що О.Я. Орлов пропонував для практичних цілей геодезії та визначення поправок до всесвітнього часу вважати неперіодичні зміни широт як неполярні зміни та виключати ці зміни при обчисленні полодії в системі середнього полюса епохи спостереження, яка отримала назву системи Орлова. І це було виправданим кроком.

Отже, знадобилося багато часу, щоб підтвердити реальність першого результату Олександра Яковича щодо вікового руху полюса та правильність його міркувань щодо необхідності розширення мережі станцій спостереження та вдосконалення методів спостереження для отримання достовірних результатів щодо руху полюсів Землі.

В успішному вирішенні цієї задачі заслуга цілих поколінь дослідників різних країн, і значну роль у цьому зіграли новаторські ідеї та роботи О.Я. Орлова.

Таблиця сучасних оцінок параметрів вікового руху полюса Землі (сайт "Secular polar motion - IERS")

Лтература:

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. —1983.— 88.—P. 10299—10307.
7. Dickman S. R. Investigation of controvertial polar motion features using homogeneous ILS data // J. Geophys. —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. 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.
15. Poma A., Proverbio E., Uras S. // Publs Staz. Astron. Carloforte.—1991.— Cagliari.—14.—P.
16. Proverbio E., Quesada V. Analysis of secular polar motion and continntal drift // Bull. —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. Paris.—1999.—P. 195—201.
21. Wilson C., Vicente R. An analysis of the homogeneous ILS polar motion series // Geophys. 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.О. Корсунь, кандидат фізико-математичних наук, Головна астрономічна обсерваторія НАН України