Dni Ziemi tajemniczo wydłużyły się – naukowcy nie wiedzą dlaczego

Dokładne obserwacje astronomiczne w połączeniu z zegarami atomowymi ujawniły, że długość dnia nagle się wydłuża. Naukowcy nie wiedzą dlaczego.

Ma to kluczowe znaczenie nie tylko dla naszego pomiaru czasu, ale także dla takich rzeczy, jak GPS i inne precyzyjne technologie, które rządzą naszym współczesnym życiem.

Obrót Ziemi wokół własnej osi przyspieszył w ciągu ostatnich kilku dekad. Ponieważ to determinuje długość dnia, ten trend sprawia, że ​​nasze dni są krótsze. W rzeczywistości w czerwcu 2022 r. Ustanowiliśmy rekord! Na najkrótszy dzień od mniej więcej pół wieku.

Jednak pomimo tego rekordu, od 2020 roku to intrygująco stałe przyspieszenie zamieniło się w hamowanie. Teraz dni znów się wydłużają, a przyczyna do tej pory pozostaje tajemnicą.

Chociaż zegary w naszych telefonach wskazują, że doba ma dokładnie 24 godziny, rzeczywisty czas potrzebny Ziemi na ukończenie jednego cyklu może się nieznacznie różnić. Czasami te zmiany zachodzą przez okres milionów lat, a innym razem niemal natychmiast. Na przykład pewną rolę mogą odgrywać nawet trzęsienia ziemi i burze.

Okazuje się, że dziś magiczna liczba 86 400 sekund jest bardzo rzadka.

Stale zmieniająca się planeta

Obrót Ziemi uległ spowolnieniu na przestrzeni milionów lat z powodu skutków tarcia związanego z przypływami Księżyca. Ten proces dodaje około 2,3 milisekundy do długości każdego dnia co 100 lat. Kilka miliardów lat temu zbliżał się Dzień Ziemi 19 godzin.

W ciągu ostatnich dwudziestu tysięcy lat inny proces działał w przeciwnym kierunku, przyspieszając obrót Ziemi. Kiedy zakończyła się ostatnia epoka lodowcowa, topnienie polarnych pokryw lodowych obniżyło ciśnienie powierzchniowe, a płaszcz Ziemi zaczął stopniowo przesuwać się w kierunku biegunów.

Tak jak baleriny obracają się szybciej, gdy skierują ramiona w stronę swojego ciała – osi, wokół której się obracają – tempo rotacji naszej planety wzrasta, gdy ta masa płaszcza zbliża się do osi Ziemi. Proces ten skracał się każdego dnia o około 0,6 milisekundy na wiek.

Przez dziesięciolecia i dłużej ważną rolę odgrywa również związek między wnętrzem Ziemi a jej powierzchnią. Duże trzęsienia ziemi mogą zmieniać długość dnia, choć zwykle w niewielkich ilościach. Na przykład uważa się, że wielkie trzęsienie ziemi w Japonii w 2011 r. w Tohoku o sile 8,9 przyspieszyło obrót Ziemi o stosunkowo niewielką wartość. 1,8 mikrosekundy.

Oprócz tych zmian na dużą skalę, w krótszych okresach pogoda i klimat mają również istotny wpływ na ruch obrotowy Ziemi, powodując różnice w obu kierunkach.

Dwumiesięczne i miesięczne cykle pływowe przemieszczają masę wokół planety, powodując wahania długości dnia do milisekund w obu kierunkach. Widzimy zmiany pływów Rejestruje długość dnia w okresach do 18,6 lat. Ruch naszej atmosfery ma szczególnie silny wpływ, a pewną rolę odgrywają również prądy oceaniczne. Sezonowa pokrywa śnieżna, deszcz czy wydobywanie wód gruntowych zmieniają sytuację jeszcze bardziej.

Dlaczego ziemia nagle zwalnia?

Od lat 60. XX wieku, kiedy operatorzy radioteleskopów na całym świecie zaczęli wymyślać technologie Jednoczesne wykrywanie obiektów kosmicznych, takich jak kwazarymamy bardzo dokładne szacunki tempa obrotu Ziemi.

Wykorzystanie radioteleskopów do pomiaru obrotu Ziemi obejmuje obserwacje źródeł radiowych, takich jak kwazary. przypisane mu:[{” attribute=””>NASA

A comparison between these measurements and an atomic clock has revealed a seemingly ever-shortening length of day over the past few years.

But there’s a surprising reveal once we take away the rotation speed fluctuations we know happen due to the tides and seasonal effects. Despite Earth reaching its shortest day on June 29, 2022, the long-term trajectory seems to have shifted from shortening to lengthening since 2020. This change is unprecedented over the past 50 years.

The reason for this change is not clear. It could be due to changes in weather systems, with back-to-back La Niña events, although these have occurred before. It could be increased melting of the ice sheets, although those have not deviated hugely from their steady rate of melt in recent years. Could it be related to the huge volcano explosion in Tonga injecting huge amounts of water into the atmosphere? Probably not, given that occurred in January 2022.

Scientists have speculated this recent, mysterious change in the planet’s rotational speed is related to a phenomenon called the “Chandler wobble” – a small deviation in Earth’s rotation axis with a period of about 430 days. Observations from radio telescopes also show that the wobble has diminished in recent years. Perhaps the two are linked.

One final possibility, which we think is plausible, is that nothing specific has changed inside or around Earth. It could just be long-term tidal effects working in parallel with other periodic processes to produce a temporary change in Earth’s rotation rate.

Do we need a ‘negative leap second’?

Precisely understanding Earth’s rotation rate is crucial for a host of applications – navigation systems such as GPS wouldn’t work without it. Also, every few years timekeepers insert leap seconds into our official timescales to make sure they don’t drift out of sync with our planet.

If Earth were to shift to even longer days, we may need to incorporate a “negative leap second” – this would be unprecedented, and may break the internet.

The need for negative leap seconds is regarded as unlikely right now. For now, we can welcome the news that – at least for a while – we all have a few extra milliseconds each day.

Written by:

• Matt King – Director of the ARC Australian Centre for Excellence in Antarctic Science, University of Tasmania
• Christopher Watson – Senior Lecturer, School of Geography, Planning, and Spatial Sciences, University of Tasmania

This article was first published in The Conversation.