Атомные часы в сочетании с точными астрономическими измерениями показали, что продолжительность дня внезапно увеличивается, и ученые не знают, почему.
Это оказывает решающее влияние не только на наш хронометраж, но и на такие вещи, как GPS и другие технологии, которые управляют нашей современной жизнью.
За последние несколько десятилетий вращение Земли вокруг своей оси, определяющее продолжительность дня, ускорилось. Эта тенденция делает наши дни короче; фактически в июне 2022 г. мы установили рекорд за самый короткий день за последние полвека или около того.
Но, несмотря на этот рекорд, с 2020 года это стабильное ускорение любопытным образом сменилось замедлением — дни снова становятся длиннее, а причина пока остается загадкой.
Хотя часы в наших телефонах показывают, что в сутках ровно 24 часа, фактическое время, необходимое Земле для совершения одного оборота, варьируется очень незначительно. Эти изменения происходят в течение миллионов лет или почти мгновенно — даже землетрясения и ураганы могут сыграть свою роль.
Оказывается, день очень редко совпадает с магическим числом 86 400 секунд.
Постоянно меняющаяся планета
На протяжении миллионов лет вращение Земли замедлялось из-за эффектов трения, связанных с приливами и отливами. Луна. Этот процесс увеличивает продолжительность каждого дня примерно на 2,3 миллисекунды за каждое столетие. Несколько миллиардов лет назад земной день длился всего около 19 часов.
В течение последних 20 000 лет другой процесс работал в противоположном направлении, ускоряя вращение Земли. Когда закончился последний ледниковый период, таяние полярных ледяных щитов уменьшило поверхностное давление, и мантия Земли начала неуклонно двигаться к полюсам.
Подобно тому, как танцор балета вращается быстрее, когда он приближает руки к своему телу — оси, вокруг которой он вращается, — так и скорость вращения нашей планеты увеличивается, когда эта масса мантии приближается к оси Земли. И этот процесс укорачивается каждый день примерно на 0,6 миллисекунды каждое столетие.
В течение десятилетий и дольше связь между недрами Земли и поверхностью также вступает в игру. Сильные землетрясения могут изменить продолжительность дня, хотя обычно в небольшой степени.
Например, считается, что Великое землетрясение Тохоку в 2011 году в Японии магнитудой 8,9 ускорило вращение Земли на относительно небольшую величину. 1,8 микросекунды.
Помимо этих крупномасштабных изменений, в течение более коротких периодов погода и климат также оказывают важное влияние на вращение Земли, вызывая колебания в обоих направлениях.
Двухнедельные и месячные приливные циклы перемещают массу вокруг планеты, вызывая изменения продолжительности дня до миллисекунды в любом направлении. Мы можем видеть приливные вариации в записях о продолжительности дня за период до 18,6 лет.
Движение нашей атмосферы оказывает особенно сильное влияние, и океанские течения также играют роль. Сезонный снежный покров и дожди или добыча грунтовых вод еще больше меняют ситуацию.
Почему Земля внезапно замедляется?
С 1960-х годов, когда операторы радиотелескопов по всей планете начали разрабатывать методы одновременно наблюдать за космическими объектами, такими как квазарыу нас были очень точные оценки скорости вращения Земли.
Сравнение этих оценок с показаниями атомных часов показало, что продолжительность дня за последние несколько лет, по-видимому, постоянно сокращается.
Но есть удивительное открытие, когда мы убираем колебания скорости вращения, которые, как мы знаем, происходят из-за приливов и сезонных эффектов. Несмотря на то, что Земля достигла своего самого короткого дня 29 июня 2022 года, долгосрочная траектория, похоже, с 2020 года изменилась с укорочения на удлинение. Это изменение беспрецедентно за последние 50 лет.
Причина этого изменения не ясна. Это может быть связано с изменениями в погодных системах, с последовательными явлениями Ла-Нинья, хотя они происходили и раньше. Это может быть усиленное таяние ледяных щитов, хотя в последние годы скорость таяния не сильно отклонялась от их постоянной скорости.
Может ли это быть связано с извержением огромного вулкана в Тонге? выброс огромного количества воды в атмосферу? Вероятно, нет, учитывая, что это произошло в январе 2022 года.
Ученые предположили это недавнее загадочное изменение скорости вращения планеты связано с явлением, называемым «колебанием Чандлера» — небольшим отклонением оси вращения Земли с периодом около 430 дней.
Наблюдения с радиотелескопов также показывают, что в последние годы колебание уменьшилось; эти два могут быть связаны.
И последняя возможность, которую мы считаем правдоподобной, состоит в том, что ничего особенного не изменилось ни внутри, ни вокруг Земли. Это могут быть просто долговременные приливные эффекты, работающие параллельно с другими периодическими процессами и вызывающие временное изменение скорости вращения Земли.
Нужна ли нам «отрицательная дополнительная секунда»?
Точное понимание скорости вращения Земли имеет решающее значение для множества приложений — навигационные системы, такие как GPS, не будут работать без этого. Кроме того, каждые несколько лет хронометристы вставляют високосные секунды в наши официальные шкалы времени, чтобы убедиться, что они не рассинхронизируются с нашей планетой.
Если бы Земля перешла на еще более длинные дни, нам, возможно, пришлось бы ввести «отрицательную дополнительную секунду» — это было бы беспрецедентно, и может сломать интернет.
Потребность в отрицательных дополнительных секундах сейчас считается маловероятной. На данный момент мы можем приветствовать новость о том, что — по крайней мере, на какое-то время — у всех нас есть несколько дополнительных миллисекунд каждый день.
Мэтт Кингдиректор Австралийского центра передового опыта в области антарктических наук ARC, Университет Тасмании а также Кристофер Уотсонстарший преподаватель факультета географии, планирования и пространственных наук, Университет Тасмании.
Эта статья переиздана с Разговор под лицензией Creative Commons. Читать оригинальная статья.
