Звёздные следы над полем диких красных маков на склонах вулкана Демавенд. Благодаря длительной выдержке на снимке видны круговые звёздные следы на небе, которые свидетельствуют о вращении Земли.
Ученые объясняют, почему дни становятся короче, и рассказывают о загадке, которую они до сих пор пытаются разгадать, связанной с ядром Земли.
В Северном полушарии люди наслаждаются долгими летними днями, не подозревая, что сейчас у них одни из самых коротких дней с начала современного летоисчисления — примерно на миллисекунду короче.
9 июля было самым коротким днём в году, потому что Земля вращалась быстрее — на 1,34 миллисекунды быстрее, чем при стандартном 24-часовом вращении, согласно данным Международной службы вращения Земли и систем отсчёта (IERS) и Военно-морской обсерватории США. По прогнозам, этим летом мы увидим ещё два исторически коротких дня — 22 июля и 5 августа.
Колебания скорости вращения Земли не являются чем-то необычным, но учёные пытаются выяснить причины недавнего ускорения вращения.
«За последнее десятилетие средняя продолжительность дня в основном сокращалась. Это особенно заметно в последние пять лет, когда продолжительность дня иногда составляла менее 24 часов», — говорит Николас Стаматакос, астроном из отдела ориентации Земли Военно-морской обсерватории США.
Вот что говорят учёные о том, почему Земля вращается быстрее по мере движения по орбите вокруг Солнца, как они считают, сохранится ли эта тенденция и почему даже одна лишняя миллисекунда может повлиять на критически важные технологии.
Почему Земля вращается быстрее?
Изменения вращения Земли обусловлены сложным сочетанием факторов, но, по мнению учёных, некоторые из них выделяются на общем фоне.
Луна влияет на Землю по-разному в зависимости от своей орбиты. Когда она дважды в месяц оказывается близко к экватору, гравитационное притяжение немного замедляет вращение Земли. Но Луна также дважды в месяц приближается к полюсам, и в это время гравитация Луны помогает Земле вращаться немного быстрее.
Наша планета и атмосфера вращаются синхронно, и их суммарный импульс не может быть изменён только одним из них. Летом наша атмосфера вращается медленнее из-за изменений в струйном течении. Это означает, что планета должна ускоряться, чтобы компенсировать и поддерживать суммарный импульс системы на постоянном уровне.
Внутри планеты также происходит что-то странное, что физики не могут полностью объяснить. По какой-то причине ядро Земли замедлялось в течение последних 50 лет, и для поддержания углового момента твердая Земля наверху вращалась немного быстрее, чтобы компенсировать это. “Мы не знаем, почему или что ядро может делать в будущем”, - говорит Дункан Эгню, геофизик из Института океанографии Скриппса.
Это самые короткие дни в истории?
За последние несколько лет были зафиксированы самые короткие дни с момента начала атомного хронометража в 1955 году, но они даже близко не подошли к самым коротким дням в истории Земли.
В среднем продолжительность земных суток увеличивается на несколько миллиардов лет. С момента образования Луны её гравитация и влияние на океанские приливы постепенно замедляют скорость вращения Земли.
Анализ древних раковин моллюсков из эпохи заката динозавров показывает, что 70 миллионов лет назад в году было всего 372 дня по 23,5 часа. Окаменелые кораллы возрастом 430 миллионов лет свидетельствуют о том, что когда-то восходы и закаты случались гораздо чаще, а продолжительность дня составляла 21 час.
Несмотря на то, что в долгосрочной перспективе дни становятся длиннее, краткосрочные колебания приводят к появлению периодов с короткими днями. «В 1820-х годах и примерно с 1865 по 1880 год дни были короче, чем сейчас, — говорит Агнью. — По данным IERS, в июне/августе 2022 года и в июне 2024 года дни действительно были короче».
Сможете ли вы заметить ускоренные дни?
Дни с длинным световым днём очевидны, как и дни вокруг летнего солнцестояния. То же самое можно сказать о долгих холодных ночах до и после 21 декабря.
Но если бы 24-часовой цикл Земли сократился в мгновение ока, вы бы этого, скорее всего, не заметили: мигание занимает от 100 до 400 миллисекунд, а разница в продолжительности суток составляет всего около 1 миллисекунды.
«Один короткий день важен только для астрономов и других специалистов», — говорит Джуда Левин, физик и сотрудник Национального института стандартов и технологий. Астрономам необходимо вести чрезвычайно точный учёт времени, чтобы понимать положение и движение небесных объектов и явлений. Даже незначительные расхождения могут привести к большим ошибкам.
Когда время, потерянное из-за сокращения светового дня, начинает накапливаться, хронометристы добавляют к текущим часам дополнительную секунду, чтобы астрономическое время снова синхронизировалось с атомным временем, от которого оно отставало. Это называется високосной секундой, и с 1972 года она вводится примерно раз в полтора года — большинство людей этого тоже не замечают.
Повлияет ли ускорение вращения Земли на технологии или хронометраж?
Незначительные изменения в скорости вращения Земли не имели большого значения до тех пор, пока не появились атомные часы в 1955 году. Атомное время постоянно, поэтому из-за разной скорости вращения Земли возникает разница между астрономическим и атомным временем.
Чтобы астрономическое время шло в ногу с физическим, с 1972 года было добавлено 27 дополнительных секунд. Теперь, когда Земля ускоряется, к 2029 году хронометристы могут ввести первую в истории отрицательную дополнительную секунду, чтобы замедлить астрономическое время.
«Лишние» секунды доставляли проблемы компьютерам, GPS и телекоммуникациям, особенно в 2012 году, когда Linux и другие системы сбоили при корректировке. Беспрецедентная отрицательная «лишняя» секунда может оказаться ещё более проблематичной, поскольку программные системы могут предполагать, что время всегда движется в одном направлении. «Это может иметь разрушительные последствия для программного обеспечения, использующего таймеры или планировщики», — предупреждают инженеры Meta.
Как изменение климата влияет на вращение Земли
Исследования показывают, что такие факторы, как таяние ледников, повышение уровня моря и истощение грунтовых вод, изменяют массу Земли и замедляют её вращение. Это замедляет вращение планеты так же, как фигуристка опускает руки, поднятые над головой, чтобы остановить вращение.
Исторически такие колебания были результатом естественных циклов, но два исследования, проведённых при финансовой поддержке НАСА показывают, что само время может ощущать влияние изменения климата на Землю.
«Наш анализ показывает, что за последнее столетие только из-за изменения климата продолжительность дня увеличилась примерно на 0,6–0,7 миллисекунды, и в этом столетии этот показатель, скорее всего, удвоится», — говорит Сурендра Адхикари, специалист по земным системам из Лаборатории реактивного движения.
Такое замедление может противоречить факторам, которые в последнее время способствуют ускорению вращения Земли, что подчёркивает сложность процесса вращения планеты.
Стаматакос подчёркивает, что, хотя мы наблюдаем за изменениями в вращении Земли на протяжении веков, сложное взаимодействие различных факторов, влияющих на него, по-прежнему представляет собой проблему для учёных, особенно в перспективе.
«Точное прогнозирование продолжительности светового дня на срок более шести месяцев невозможно, — предупреждает он, — из-за недостаточного понимания всех этих геодезических явлений».
Таким образом, хотя завтра снова взойдёт солнце, трудно сказать, сколько именно продлится каждый день.