Атомные часы в сочетании с точными астрономическими измерениями показали, что продолжительность дня внезапно стала увеличиваться. Это оказывает решающее влияние не только на наш хронометраж, но и на такие вещи, как GPS и другие технологии, которые управляют современной жизнью.
За последние несколько десятилетий вращение Земли вокруг своей оси, определяющее продолжительность дня, ускорилось. Эта тенденция делает наши дни короче. В июне 2022 года был установлен рекорд самого короткого дня за последние полвека или около того. Но, несмотря на этот рекорд, с 2020 года это постоянное ускорение любопытным образом сменилось замедлением – дни снова становятся длиннее, и причина этого 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. День очень редко совпадает с магическим числом 86 400 секунд.
На протяжении миллионов лет вращение Земли замедлялось из-за эффектов трения, связанных с приливами, вызванными Луной. Этот процесс увеличивает продолжительность каждого дня примерно на 2,3 миллисекунды за каждое столетие. Несколько миллиардов лет назад земные сутки длились всего около 19 часов.
В течение последних 20 тыс. 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, приближая руки к телу – оси, вокруг которой он вращается, так и скорость вращения нашей планеты увеличивается, когда масса мантии приближается к оси Земли. И этот процесс укорачивает 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 крошечные 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. Движение атмосферы оказывает особенно сильное влияние, и океанские течения тоже играют роль. Сезонный снежный покров, дожди и добыча грунтовых вод еще больше меняют ситуацию.
С 1960-х годов, когда операторы радиотелескопов по всей планете начали разрабатывать методы одновременного наблюдения за космическими объектами, такими как квазары, у нас были очень точные оценки скорости вращения Земли. Сравнение этих оценок с показаниями атомных часов выявило, что продолжительность дня за последние несколько лет постоянно сокращается.
Но удивительное открытие произошло, когда ученые убрали из своей модели колебания скорости вращения Земли 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, выбрасывающим в атмосферу огромное количество воды? Вероятно, нет, учитывая, что это произошло в январе 2022 года.
Ученые предположили, что 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.
И последняя возможность 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.
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 включить «отрицательную дополнительную секунду» – это было бы беспрецедентно и могло бы 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.
