Продолжительность земных дней загадочным образом увеличивается

За последние несколько десятилетий вращение Земли вокруг оси, определяющее продолжительность дня, ускорилось. Эта тенденция делает наши дни короче. Фактически, в июне 2022 года мы установили 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.

Оказывается, день очень редко совпадает с магическим числом 86 400 секунд.

На протяжении миллионов лет вращение Земли замедлялось из-за приливов, вызванных 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 20 000 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.

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 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 крошечные 1,8 микросекунды.

Помимо 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 наблюдать изменения приливов и отливов в записях о длине дня за периоды до 18,6 лет. Движение атмосферы оказывает особенно сильное влияние, и океанские течения тоже играют роль. Сезонный снежный покров и дожди или 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 оценок с показаниями атомных часов показало, что продолжительность дня за последние несколько лет постоянно сокращается.

Но есть удивительное открытие, когда мы убираем колебания скорости вращения, которые происходят из-за приливов и сезонных эффектов. Несмотря на то, что Земля достигла 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 Эль-Ниньо, 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 недавнее загадочное изменение скорости вращения планеты связано с колебанием Чандлера — небольшим отклонением оси вращения Земли с периодом около 430 дней. Наблюдения с радиотелескопов также показывают, что в последние годы колебание уменьшилось; они могут быть связаны.

И последняя возможность, которая считается 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.

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 официальные шкалы времени, чтобы убедиться, что они не рассинхронизируются с планетой.

Если бы Земля перешла на еще более длинные дни, нам 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.