Влияние солнечного излучения на вращение Земли

     Давление солнечного света принято относить к относительно слабым воздействиям на объекты макромира. Однако длительное, хотя и слабое воздействие может приводить к заметным эффектам.
Рассмотрим влияние светового давления на вращение тела сферической формы массой m и радиуса r , двигающегося по инерции перпендикулярно направлению светового потока, т.е. так, как движутся планеты и их спутники (рис. 1).

Рис.1. Действие света на движущееся в перпендикулярном направлении
сферическое тело
Свет, падая на площадку, и частично от нее отражаясь, действует на нее с силой
F=N (1+a)/c,
где N – световой поток,
c - скорость света,
a - альбедо поверхности.
Падая на поверхность сферического тела и отражаясь от него под углом a, свет создает вращательный момент M=Fr sina cosa.
При интегрировании от 0 до 90o средний вращательный момент равен:
Mср=N (1+ a)r/pc.
Выражая поток через освещенность q и учитывая, что вращательный момент создает свет, падающий на левую половину сферы, получаем:
Mср=3N (1+ a)rq/2c.
Если сфера вращается как целое, то
M=Jwў=0,4mr2wў, отсюда :
wў=(1+a)rq/0.8mc.
Если поверхность тела (кора) имеет возможность вращаться относительно более глубоких слоев, то
wўк=(1+a)rq /1,2 mкc,
где wўк и mк - угловое ускорение и масса коры, соответственно.
Примем в качестве рабочей гипотезы, что земная кора способна двигаться относительно мантии. Кстати, такого рода гипотезы высказывались и ранее [1,2 ]. Оценим массу земной коры, принимая ее толщину до границы Мохоровичича равной 35 км [3].
Средняя плотность коры r =2,9 г/см3 [ 3 ],
q- солнечная постоянная, равная 1,367 106 эрг/см2/сек,
r - радиус Земли, равный 6,37 108 см,
c - скорость света = 3 1010 см/сек,
a - альбедо, равное 0,28 [4].
Тогда mк=5 1025 г, а wўк =6,2 10-22 1/сек2,
Так как современная скорость вращения Земли составляет w=7,3 10-5 1/сек, то время, необходимое для достижения такой скорости, составляет, исходя из полученных оценок углового ускорения,  3,74 млрд. лет, что близко к времени существования земной коры - 3,9 млрд. лет [5].
Рассмотрим воздействие солнечного давления на вращение Земли при ее орбитальном движении (рис.2).

Рис.2. Сезонный характер изменения вращательных моментов земной коры и мантии
В период с января по апрель вращательный момент тормозит вращение коры (wўк<0), с апреля по июль , т.е. скорость вращения коры будет возрастать (wўк>0). С июля по октябрь вращение коры снова тормозится (wўк <0), а с октября по январь будет ускоряться (wўк>0).
Оценим изменение периода вращения Земли вокруг оси за сезон, т.е. за 3 месяца:
DT= wўкTc2 /2w=0,26 мсек.
Эти изменения составляют полугодовую вариацию длительности суток (рис 3а).
Рассмотрим влияние изменений солнечной постоянной q на величину длительности суток. В результате движения по эллиптической орбите световое давление на Землю в момент перигелия (январь) в 1,06 раза больше, чем в афелии (июль).
Это означает, что Земля, т.е. ее кора и мантия приобретают дополнительный импульс в направлении перигелия. Силы инерции движения коры и мантии в направлении перигелия и орбиты образуют моменты сил, вращающих кору в разных направлениях в зависимости от орбитального положения Земли.
В момент перигелия (январь) qя = Lo/ 4pRср2(1-e)2,
в момент афелия (июль) qи = Lo/ 4pRср2(1+e)2,
где Lo - светимость Солнца (3,9 1033 эрг/сек),
Rср - среднее расстояние до Солнца (1,496 1013 см),
e -эксцентриситет Земли (0,0167).
За период Tп, равный полугоду, изменение периода вращения Земли составляет:
DT=( wўя-wўи)Tп2/2w=0,28 мсек.
Это составляет годовую вариацию длительности суток (рис 3б). График изменения при суммировании длительности суток Земли представлен на рис. 3в. Здесь же на рис. 3г показаны реальные изменения DT [6].

Рис.3. Изменения длительности земных суток в течение года: а - полугодовая вариация, б - годовая вариация, в - суммарное изменение длительности суток в течение года, г - наблюдаемые изменения DT за период с 1956 по 1980 гг [6].
Из приведенных данных следует, что сезонные колебания длительности земных суток удовлетворительно могут быть объяснены изменением светового потока, падающего на Землю со стороны Солнца при условии, что земная кора имеет возможность вращаться относительно мантии. Весьма вероятно, что предлагаемый механизм вращения земной коры может быть применен и для исследования нерегулярных
колебаний длительности суток вследствие изменения альбедо земной поверхности,
например, из-за повышенной вулканической деятельности или таяния снегов.
В некоторых работах вариации длительности суток интерпретируют как следствие передачи вращательного импульса Земле со стороны атмосферы, причем отмечается связь этих колебаний с глобальной циклонической активностью [7].
Отсюда следует, что если такая связь существует, то причиной является изменение скорости вращения Земли, а следствием - изменения циклонической активности атмосферы, т.е. расчеты изменения скорости вращения Земли должна обладать прогностическими возможностями в отношении крупномасштабной циркуляции атмосферы.
Согласно гипотезе Т. Голда, в недрах Земли содержатся огромные запасы углеводородов [8], которые находятся там еще со времени формирования нашей планеты. Согласно этой гипотезе с глубиной углеводородный состав меняется - с понижением давления должно происходить расщепление углеводородов вплоть до метана. Если этот слой действительно образовался на стадии формирования Земли и этот процесс имел глобальный характер, то можно придти к заключению, что  земная кора на определенной глубине находится на газовой подушке и в принципе могла
бы вращаться относительно мантии. Приведенные выше расчеты подтверждают это
предположение.
Вместе с тем следует признать, что они являются весьма приблизительными и не учитывали изменений массы коры, величины альбедо и других факторов в ходе эволюции Земли. Таким образом, солнечное излучение, по-видимому, является определяющим фактором в приобретении Землей современной скорости вращения, а также ее сезонных колебаний. Предложенный механизм вращения земной коры по газовой подушке из углеводородного топлива позволяет по иному взглянуть на энергетические перспективы для человечества, а также открывает новые возможности для понимания механизмов землетрясений и циклонической активности.
Литература
1. Hapgood C.H. Earth's shifting crust. Publ.Pantheon Books Inc. New Jork, 1958, 438 p.
2. Бархатов Б.П., Платунова А.П. Неомобилизм, его перспективы. Вестник .Лен.Университета, 1973, N 6, вып.1, c. 5-13.
3. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. М.,"Наука", с. 416.
4. Монин А.С. Шишков Ю.А. История климата. Л., "Гидрометеоиздат", 1979, с. 407.
5. Тейлор С.Р. , Мак-Леннан С. М. Континентальная кора, ее состав и эволюция. , М., "Мир", 1988, с. 371.
6. Куликов К.А. Вращение Земли. М., "Недра", 1985, с. 159.
7. Киселев В.М. Неравномерность суточного вращения Земли. Новосибирск, "Наука" СО, 1980, с. 160.
8. New Scientist, 1988, N 1618, p.31.2.