引力常数变化圣球自转长期变化的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com中国科学院上海天文台年刊2002第23期ANNALSOFSHANGHAIOBSERVATORYACADEMIASI~ICANo．23，2002引力常数变化对地球自转长期变化的影响李林森(东北师范大学物理系，长春130024)提要探讨和估计了各种引力常数变化理论对地球角速度和日长变化的影响。各种引力常数变化理论包括了引力常数G随时间、空间以及速度变化等几个方面的影响。另外也估计了对地球自转角速度和日长变化产生的效应。其中有些研究对探讨地球自转变化也有启发意义。主题词：引力常数变化

2、一地球自转变化一长期效应分类号：0314，P183．3l1引言地球自转问题包括自转的起源和演化以及自转的周期变化、长期变化和不规则变化(突然变化)等。虽然目前对这些问题有不少研究，但因其复杂性，这些问题尚无圆满解决，有待进一步探讨。就以长期变化而论，观测数据与理论结果尚有较大差别，如理论上得出的El长变化或角速度变化的数值均大于观测数据值。正因为如此，很多学者从各种理论中探讨这些差异以寻求理论上的数据更接近实测值。在各种理论中，有的从外力作用在地球上的力矩着手，如日月引力引起海平面隆起，这种隆起造成地球上的力矩变化后使地球自

3、转角动量产生变化而导致角速度变化。另一种理论认为是地球内外物理因素使转动惯量改变引起地球自转角速度变化，如日月引力作用在地壳上产生固体潮后改变地球转动惯量，从而引起地球自转角速度改变。引起地球转动惯量改变的因素还有海平面变化以及地球内部的物质分布改变，再有就是引力常数变化也可导致地球转动惯量的改变，从而引起地球自转角速度的改变。本文就是从后面一个课题来探讨引力常数变化对地球自转产生怎样的影响?在这方面做些分析研究工作。从对所产生效应的估计来看，即使引力常数变化对地球自转变化的影响甚微，但从数量级考虑，也可能对地球动力学的研究

4、有所启发。2引力常数变化和地球自转变化的关系根据牛顿的万有引力定律，引力常数G是不变的，但早在20世纪30年代，物理学家狄拉2002年2月4日收到．维普资讯http://www.cqvip.com第23期引力常数变化对地球自转长期变化的影响47克就已提出G是可变的。以后有许多学者从理论上和实验中预测G的变化值，但其数值甚小。尽管各个作者从理论上和实验中所测得的变化数值很小，且各不尽相同，但也说明G在极缓慢地变化着。特别是近年来通过卫星和火箭加速的观测得出了地心引力常数GE也在随时间变化，这也可能证实其中有G变化不为常数的事实

5、。既然引力常数有变化，那么它的变化对地球自转又有怎样的影响呢?这也是值得探讨的问题。关于这方面的研究，过去有不少专题文献和专著都有论述，特别是Munk的专著⋯和Hess的专题论文[2]，都对此作过较详细的论述，并论证了引力常数变化对地球的日长变化有影响。引力常数变化对地球自转的影响，首先是对地球转动惯量，的影响，因为G的变化将影响，的改变J：△IfI=一e,~G／G。(、1、)而，的改变又影响地球自转角速度cc，的改变：△叫／叫=一AI／I或／∞=，／，．(2)由此可以推算出G的改变影响cU的变化或日长df的变化：△叫／∞=

6、一dl／l=e,~G／G．(3)式中￡为一常量，一般取值在0．10～0．1724之间。许多学者从理论上推测的￡值也稍有不同，现将不同作者给定的值列入表1。表1各学者对￡所给定的值Table1￡valuesgivenbyeveryscholars本文取文献[4]给定的数据-f．=0．10，因文献[4]在附录有所证明。3各种引力常数变化对地球自转变化产生的影响3．1引力常数随时间变化对地球自转产生的效应根据狄拉克的大数假说，引力常数G随时间而变化。不同作者用不同手段所测定的G／G值也有所不同。现将各学者对G／G的测定值列入表2。

7、从表2中看出，由观测所确定的G／G变化的范围是(一10I1。／a～一10I1／a)。由／∞：一2／z：0．10／G推测G随时间变化对地球自转产生的效应为(一10I1／a～一10’／a)。故G随时间减小将导致地球自转减速，日长变长，2为(8×10～～8×10I¨)ms，这与文[16]所计算的结果相一致。这样小的数值很难观测到。维普资讯http://www.cqvip.com中国科学院上海天文台年刊20O2年表2不同作者对／G的测定值Table233aemeasuredvaluesofGIG#venbydiferentautho

8、rs另外，J．D．Barrow给出G随时间变化的规律为Gt“n5]。3．2引力常数依赖空间变化对地球自转产生的效应如果引力常数由宇宙的物质分布决定，那么G就应该依赖于物质的空间变化。所谓依赖空间变化实际上就是依赖于引力位的变化。Fhazi首先给出G依赖于引力位U在整个空间的变化形式[17]