Центр массы Земли не стоит на месте: из-за перераспределения массы воды, льда и воздуха он смещается относительно геометрического центра планеты. По данным исследования, такие сезонные перераспределения способны смещать центр массы на доли миллиметра и даже миллиметры, что, хотя и незначительно по масштабам, важно для навигации и измерения высоты поверхности.

Группа учёных из Jet Propulsion Laboratory (JPL) под руководством геодезиста Дональда Аргуса разработала новый подход к измерению этих движений с исключительной точностью. Метод сочетает лазерную геодинамику с GPS‑наблюдениями и орбитальной информацией нескольких спутников на низкой околоземной орбите, что расширяет набор объектов для слежения и учитывает, как изменение массы воздействует на устойчивость геодезической системы.

Авторы подчёркивают, что часть проблемы заключалась в ограниченной географической разброске наземных лазерных станций. Новый подход решает это несовпадение, соединяя данные по лазеру с дополнительной информацией спутников и учитывая, как движение воды и льда может менять положение самой земной коры и, вследствие этого, положение станций.

Полученные результаты согласуются с измерениями миссии GRACE‑FO, которая с 2018 года фиксирует месячные изменения в гравитационном поле Земли, вызванные переносом воды и массы над поверхностью. В рамках GRACE‑FO две спутника образуют очень точную пару, и изменение гравитационного поля коррелирует с дополнительной массой над регионом.

Авторы отмечают, что отношение размеров сезонного смещения к прежним оценкам существенно отличается от прошлых ожиданий: «мы сейчас оцениваем размер движения центра массы Земли обратно–и–вперед каждый год примерно вдвое меньше, чем считали восемь лет назад», — сказал Аргус. По его словам, перенос массы воды и воздуха между полушариями оказался меньше, чем считалось ранее. Впрочем, влияние этих «микромасштабных» перемещений остаётся значимым для точного позиционирования и навигации — от глобальной судоходной логистики до точного земледелия.

Публикация о новом подходе появилась в Geophysical Journal International и поясняет, что основную роль в сезонном смещении центра массы играют океан, атмосфера и континентальная вода. Например, масса воды в Амазонке достигает максимума в апреле и может тянуть центр массы на 2,2 миллиметра к Южной Америке; снега в Северной Америке и Евразии — на примерно 3 миллиметра к Северному полюсу; а осадков и таяния льдов в Тихом океане — и в другие периоды года. Также отмечается вклад средиземноморских, Красного и Балтийского морей, хотя он меньше.

Изучение данным образом вносит вклад в будущие задачи: учёные уже готовят следующее поколение измерений GRACE‑C, назначенного на поздний 2028 год, которое продолжит трекать перемещение воды и массы вокруг Земли.