Земля вращается быстрее этим летом

Этим летом Земля вращается быстрее, из-за чего дни становятся немного короче, что привлекает внимание ученых и хронометристов.

По данным Международной службы вращения Земли и систем отсчёта (ISRS) и Военно-морской обсерватории США, собранным сайтом timeanddate.com , 10 июля стал самым коротким днём в году, продолжительность которого составила 1,36 миллисекунды от 24 часов. Ещё больше исключительно коротких дней ожидается 22 июля и 5 августа: по прогнозам, они будут короче 24 часов на 1,34 и 1,25 миллисекунды соответственно.

Продолжительность суток — это время, необходимое планете для совершения полного оборота вокруг своей оси — в среднем 24 часа или 86 400 секунд. Однако в действительности каждый оборот немного нерегулярен из-за ряда факторов, таких как гравитационное притяжение Луны, сезонные изменения в атмосфере и влияние жидкого ядра Земли. В результате полный оборот обычно занимает чуть меньше или чуть больше 86 400 секунд — разница всего в миллисекунды, которая не оказывает никакого очевидного влияния на повседневную жизнь.

Однако эти расхождения в долгосрочной перспективе могут повлиять на работу компьютеров, спутников и телекоммуникаций, поэтому даже самые незначительные отклонения во времени отслеживаются с помощью атомных часов, которые были введены в эксплуатацию в 1955 году. Некоторые эксперты считают, что это может привести к сценарию, аналогичному проблеме 2000 года, которая грозила остановить современную цивилизацию .

Атомные часы подсчитывают колебания атомов, находящихся в вакуумной камере внутри самих часов, чтобы с максимальной точностью отсчитывать время в течение 24 часов. Полученное время мы называем UTC (Всемирным координированным временем). Оно основано примерно на 450 атомных часах и является мировым стандартом измерения времени, а также временем, на которое настроены все наши телефоны и компьютеры.

Астрономы также отслеживают вращение Земли, например, с помощью спутников, которые проверяют положение планеты относительно неподвижных звёзд, и могут обнаружить мельчайшие различия между временем атомных часов и фактическим временем, которое требуется Земле для совершения полного оборота. В прошлом году, 5 июля 2024 года, на Земле был самый короткий день за всю историю наблюдений с момента появления атомных часов 65 лет назад: он составил 1,66 миллисекунды меньше 24 часов.

«С 1972 года мы наблюдаем тенденцию к небольшому ускорению дня», — сказал Дункан Агню, почётный профессор геофизики в Институте океанографии Скриппса и исследователь-геофизик Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Но есть и колебания. Это как наблюдать за фондовым рынком. Есть долгосрочные тенденции, а есть и подъёмы, и спады».

В 1972 году, после десятилетий относительно медленного вращения, вращение Земли накопило такую задержку относительно атомного времени, что Международная служба вращения Земли и систем отсчёта (МСВОЗ) потребовала добавить «дополнительную секунду» к UTC. Это аналогично високосному году, когда каждые четыре года к февралю добавляется один день, чтобы компенсировать расхождение между григорианским календарём и временем, необходимым Земле для совершения одного оборота вокруг Солнца.

С 1972 года к UTC было добавлено в общей сложности 27 дополнительных секунд , но скорость добавления постоянно замедляется из-за ускорения Земли; в течение 1970-х годов было добавлено девять дополнительных секунд, тогда как с 2016 года не было добавлено ни одной новой дополнительной секунды.

В 2022 году Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) проголосовала за отмену дополнительной секунды к 2035 году, что означает, что мы, возможно, больше никогда не увидим её в часах. Но, по словам Агню, если Земля продолжит вращаться быстрее ещё несколько лет, в конечном итоге, возможно, придётся убрать одну секунду из UTC. «Отрицательной дополнительной секунды никогда не было, — сказал он, — но вероятность её появления в период с настоящего момента до 2035 года составляет около 40%».

Что заставляет Землю вращаться быстрее?

По словам Агню, самые краткосрочные изменения во вращении Земли происходят из-за Луны и приливов, которые заставляют её вращаться медленнее, когда спутник находится над экватором, и быстрее, когда он находится на большей или меньшей высоте. Этот эффект усугубляется тем фактом, что летом Земля естественным образом вращается быстрее — в результате замедления самой атмосферы из-за сезонных изменений, таких как струйное течение, движущееся на север или юг; законы физики гласят, что общий момент импульса Земли и её атмосферы должен оставаться постоянным, поэтому скорость вращения, потерянная атмосферой, подхватывается самой планетой. Аналогичным образом, в течение последних 50 лет жидкое ядро Земли также замедлялось, в то время как твёрдая Земля вокруг него ускорялась.

Рассматривая совокупность этих эффектов, учёные могут предсказать, будет ли предстоящий день особенно коротким. «Эти флуктуации имеют краткосрочные корреляции, то есть если Земля ускоряется в один день, то, как правило, она ускоряется и на следующий день», — сказал Джуда Левин, физик и научный сотрудник Национального института стандартов и технологий, специализирующийся на измерениях времени и частоты. «Но эта корреляция исчезает по мере увеличения интервалов. А когда речь идёт о годе, прогноз становится весьма неопределённым. Фактически, Международная служба вращения Земли и систем отсчёта не делает прогнозов дальше, чем на год вперёд».

Хотя один короткий день не имеет никакого значения, сказал Левин, недавняя тенденция к сокращению дней увеличивает вероятность появления отрицательной дополнительной секунды. «Когда в 1972 году была определена система дополнительных секунд, никто и не думал, что отрицательная секунда когда-либо появится», — отметил он. «Это было просто внесено в стандарт, потому что это было необходимо для полноты картины. Все предполагали, что когда-либо понадобятся только положительные дополнительные секунды, но теперь сокращение дней создает (отрицательную дополнительную секунду), так сказать, опасность появления отрицательных дополнительных секунд».

Перспектива введения отрицательной дополнительной секунды вызывает опасения, поскольку спустя 50 лет проблемы с положительными дополнительными секундами всё ещё существуют, пояснил Левин. «Есть места, где это делают неправильно, в неправильное время, с неправильным числом и так далее. И это касается положительной дополнительной секунды, которая применялась снова и снова. Гораздо больше опасений вызывает отрицательная дополнительная секунда, потому что её никогда не проверяли, никогда не пробовали».

Поскольку многие фундаментальные технологические системы, такие как телекоммуникации, финансовые транзакции, электросети и спутники GPS, полагаются на часы и время для своего функционирования, появление отрицательной дополнительной секунды, по словам Левина, в чем-то похоже на проблему 2000 года — момент на рубеже прошлого века, когда мир думал, что наступит своего рода конец света, поскольку компьютеры, возможно, не смогут справиться с новым форматом даты, перешедшим с «99» на «00».

Роль таяния льда

Изменение климата также вносит свой вклад в проблему дополнительной секунды, но неожиданным образом. Хотя глобальное потепление оказало значительное негативное влияние на Землю, в отношении нашего измерения времени оно противодействовало силам, ускоряющим вращение Земли. В исследовании, опубликованном в прошлом году Агню в журнале Nature, подробно описывается, как таяние льда в Антарктиде и Гренландии распространяется по океанам, замедляя вращение Земли — подобно тому, как фигурист вращается, держа руки над головой, но вращается медленнее, если руки прижаты к телу.

«Если бы этот лёд не растаял, если бы не было глобального потепления, то у нас уже была бы отрицательная секунда прироста, или мы были бы очень близки к этому», — сказал Агню. По данным НАСА, талые воды с ледяных щитов Гренландии и Антарктиды ответственны за треть повышения уровня мирового океана с 1993 года .

Согласно исследованию, проведенному под руководством Бенедикта Сои, доцента кафедры гражданского, экологического и геоматического строительства Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (Швейцария), смещение массы тающего льда приводит не только к изменению скорости вращения Земли, но и к изменению её оси вращения . Если потепление продолжится, его влияние может стать доминирующим. «К концу этого столетия, в пессимистическом сценарии (при котором деятельность человека продолжит увеличивать выбросы парниковых газов), влияние изменения климата может превзойти влияние Луны, которая фактически является движущей силой вращения Земли на протяжении последних нескольких миллиардов лет», — сказал Сои.

В настоящее время, учитывая неопределённость долгосрочных прогнозов относительно вращения Земли, потенциальное наличие большего времени для подготовки к действиям полезно. «Я думаю, что (ускорение вращения) всё ещё находится в разумных пределах, так что это может быть естественной изменчивостью», — сказал Соджа. «Возможно, через несколько лет мы снова увидим иную ситуацию, а в долгосрочной перспективе — снова увидим замедление вращения планеты. Таково моё интуитивное предчувствие, но кто знает».

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.