Dlaczego ziemska doba się wydłuża. Czy będzie potrzebna ujemna sekunda przestępna?
W dłuższej, sięgającej kilku dekad wstecz, skali czasowej, obrót Ziemi wokół własnej osi (1) przyspieszał. I było to zjawisko znane, które w konfiguracjach sprzętu i w pomiarach braliśmy pod uwagę. I oto od 2020 roku owo stałe przyspieszenie w osobliwy sposób zmieniło się w spowolnienie. Dni zaczęły się wydłużać. Powód tej zmiany jest jak na razie tajemnicą.
Ogólnie rzecz biorąc, problem wydłużania się czy też skracania doby nie jest bez znaczenia. Ma, na przykład, krytyczny wpływ na nasze pomiary czasu. Wpływa również na precyzję urządzeń nawigacyjnych takich jak GPS oraz inne urządzenia i systemy, które rządzą naszym współczesnym życiem.
Jedne zjawiska spowalniają, inne przyspieszają
Chociaż zegary, np. w naszych telefonach, wskazują na trwającą dokładnie 24 godzin dobę, rzeczywisty czas potrzebny Ziemi na wykonanie jednego obrotu wokół własnej osi w niewielkim stopniu jest różny. Te drobne rozbieżności zachodzą w interwałach czasowych sięgających milionów lat lub w szybkim tempie - nawet trzęsienia ziemi i burze mogą odgrywać tu jakąś rolę. Kilka lat temu z okazji otwarcia chińskiej Zapory Trzech Przełomów (2) wiele pisało się o jej wpływie na spowolnienie ruchu obrotowego naszej planety.
Po uwzględnieniu wszystkich drobnych fluktuacji - okazuje się, że doba bardzo rzadko trwa dokładnie 86400 sekund, bo tyle wychodzi z mnożenia 60×60×24.
Przez miliony lat obrót Ziemi spowalniał z powodu efektów tarcia związanych z pływami oceanów i innych zbiorników wodnych napędzanymi przez Księżyc. Jak się szacuje, procesy te dodają około 2,3 milisekundy do długości każdego dnia na stulecie. Kilka miliardów lat temu ziemska doba trwała tylko około 19 godzin.
Przez ostatnie 20 tysięcy lat inny proces działał w przeciwnym kierunku, przyspieszając obrót Ziemi. Kiedy skończyła się ostatnia epoka lodowcowa, topniejące polarne pokrywy lodowe zmniejszyły ciśnienie na powierzchni, a masa płaszcza Ziemi zaczęła się systematycznie przemieszczać w kierunku biegunów. Tak jak łyżwiarka figurowa obraca się szybciej w piruecie, gdy zbliża ramiona do swojego ciała, czyli osi, wokół której się obraca, tak samo szybkość obrotu naszej planety wzrasta, gdy masa płaszcza przesuwa się bliżej osi Ziemi. I ten proces skraca każdy dzień o około 0,6 milisekundy na stulecie.
Na procesy te nakładają się inne zjawiska, np. wspomniane trzęsienia ziemi. Przykładowo, uważa się, że wielkie trzęsienie ziemi w Japonii w 2011 roku, o sile 8,9 stopnia w skali Richtera, przyspieszyło obrót Ziemi o wartość ok. 1,8 mikrosekundy. Dochodzą do tego zjawiska oceaniczne, atmosferyczne i klimatyczne, powodując zmiany
w obu kierunkach. Dwutygodniowe i miesięczne cykle pływowe przemieszczają masę wokół planety, powodując zmiany długości dnia nawet o milisekundę w jedną lub drugą stronę.
Od lat 60. XX wieku, kiedy operatorzy radioteleskopów rozmieszczonych w różnych punktach Ziemi zaczęli opracowywać techniki jednoczesnej obserwacji obiektów kosmicznych, takich jak kwazary, dysponujemy bardzo dokładnymi szacunkami tempa obrotu Ziemi. Porównanie tych szacunków z zegarem atomowym sumowało się we wniosku, iż doba ziemska stale się skraca.
Mamy kilka milisekund więcej
Jednak po odjęciu znanych nam fluktuacji prędkości obrotu, spowodowanych pływami morskimi i efektami sezonowymi, pojawiło się niedawno zaskakujące odkrycie. Pomimo że Ziemia 29 czerwca 2022 roku pobiła rekord krótkotrwałości doby, naukowcy odnotowali, że od 2020 roku długoterminowa tendencja przesunęła się ze skracania na wydłużanie. Jest to radykalna i na razie niewytłumaczona zmiana.
Może być spowodowana zmianami w systemach pogodowych, z wydarzeniami klimatycznymi typu La Niña, choć takie zdarzały się już wcześniej, a zmiany tendencji w kierunku wydłużania nie zauważono. Może to być zintensyfikowane topnienie pokryw lodowych, choć te w ostatnich latach nie odbiegały znacząco od stałego tempa topnienia. Czy może to być związane z eksplozją ogromnego wulkanu w Tonga, który wstrzyknął do atmosfery ogromne ilości wody? Prawdopodobnie nie, biorąc pod uwagę, że nastąpiło to w styczniu 2022 roku, czyli prawie dwa lata po odwróceniu tendencji.
Naukowcy zaczęli spekulować, że ta zmiana prędkości obrotowej planety jest związana ze zjawiskiem zwanym "chybotaniem Chandlera", (ang. "Chandler wobble"). Określa się tak niewielkie odchylenie osi obrotu Ziemi w stosunku do stałej Ziemi, która ma okres około 433 dni. Obserwacje z radioteleskopów zdają się wskazywać, że chybotanie to zmniejszyło się w ostatnich latach. Zjawiska te, czyli zmniejszenie efektu Chandlera i spowolnienie obrotu mogą być ze sobą powiązane, ale nie ma przesądzających dowodów.
Wielu uczonych skłania się do opinii, że nic szczególnego nie zmieniło się wewnątrz czy wokół Ziemi. Obserwowane spowolnienie może być po prostu efektem pływów, który działa równolegle z innymi okresowymi procesami, powodując tymczasową zmianę szybkości obrotu Ziemi.
Gdyby Ziemia jeszcze spowolniła, a doba dodatkowo się wydłużyła, być może będzie potrzebne wprowadzenie "ujemnej sekundy przestępnej", choć w tej chwili uważane jest to za mało prawdopodobne. Na razie wszyscy mamy kilka dodatkowych milisekund każdego dnia, co, nawet jeśli tego nie dostrzegamy, powinno być właściwie wiadomością dobrą.
Mirosław Usidus
