Потепление часов не наблюдает: из-за чего меняется скорость вращения Земли

Вдогонку за атомным веком

Люди тысячелетиями измеряли время, ориентируясь на вращение Земли. Из-за поворота нашей планеты вокруг своей оси день сменяет ночь. Наклон этой оси к нашей звезде влияет на угол падения лучей на поверхность Земли, а следовательно, на сезоны в южном и северном полушарии. Неудивительно, что люди определяли секунду как долю времени (а точнее, 1/86 400) от суток, затрачиваемых планетой на оборот вокруг своей оси. 

Однако в 1967 году мы перешли на атомные часы, которые измеряют время более точно — по частоте излучаемого атомами света. Сегодня таких часов в мире около 450, а их синхронизированные показания называются всеобщим скоординированным временем. Вот только вращение нашей планеты, как оказалось, с ним немного не совпадает. Каждую новогоднюю ночь, когда бьют куранты, Земля не оказывается в той же точке своей орбиты, что и год назад. 

Компенсировать это микроскопическое отставание, чтобы астрономические сутки продолжали соответствовать календарным, помогает добавление дополнительной секунды (она же високосная секунда, она же — секунда координации) — так делают с 1972 года. В теории ее можно и вычесть, но пока такой необходимости не было: обороты нашей планеты занимают все больше и больше времени. Приливное замедление и незаметное изменение формы Земли, вызванные действием гравитации между планетой и Луной, требуют вводить дополнительные секунды с ускорением примерно 64 секунд/век². Момент для таких корректировок в наши дни объявляет Международная служба вращения Земли. Эта организация существует с 1987 года и базируется в Париже.

В историческом и геологическом масштабе смещение времени очень заметно: из-за него затмения, задокументированные тысячи лет назад, нечетко совпадают с расчетами ученых, а 1,4 миллиарда лет назад земные сутки длились всего 19 часов! Новое исследование в прямом смысле еще больше подогревает и без того «горячую» тему: по расчетам американского геофизика Дункана Агню из Калифорнийского университета в Сан-Диего, потепление влияет на приливные силы настолько, что очередную дополнительную секунду придется отложить на три года.

Луна, Юпитер и земное ядро

Теория о том, что вариации земной орбиты влияют на климат, во многом подтверждалась в последней трети XX века. В другой концепции климат рассматривается скорее как результат процессов в атмосфере, в первую очередь содержания в ней углерода. В статье 2009 года Дидье Пайяра из Университета Париж-Сакле подчеркивает, что и физико-географический, и астрономический подход хорошо объясняют воздействие разных факторов на климат, поэтому нужно скорее объединять их, а не противопоставлять.

Идею, что изменения земной орбиты могут запускать или прекращать ледниковые периоды, одним из первых предложил талантливый сербский математик Милутин Миланкович еще в 1941 году. Он рассчитал, что, когда области немного южнее полярного круга, на 65° северной широты летом получают меньше солнечного тепла, лед не тает и со временем накапливается настолько, чтобы сформировать ледниковый щит. Во время оледенения 21 тысячу лет назад в нем замерзло столько воды, что уровень моря понизился на 120 метров. Для сравнения: если все льды Гренландии и Антарктиды растают, уровень моря возрастет только на 70 метров! А чем больше накапливается льда и снега, тем меньше поверхность отражает солнечные лучи — и тем сложнее ей растаять вновь. 

Последователи теории Миланковича обнаружили три цикла, влияющих на климат. Форма земной орбиты под воздействием гравитации Юпитера каждые 96 тысяч лет может меняться от близкого к окружности до эллипса. Наклон оси нашей планеты медленно колеблется между 21,8˚ и 24,4˚ с периодичностью в 41 тысячу лет и сейчас составляет 24,4˚. Наконец, приливные силы между Землей и Луной и «развороты» орбиты вокруг Солнца, напоминающие лепестки вокруг серединки цветка, тоже влияют на климат планеты с периодом в 21 700 лет. 

В дополнение к этим механизмам на длину суток могут влиять и другие показатели, колебания которых занимают гораздо меньше времени. Среди них — течения в жидких слоях ядра планеты, ускоряющие скольжение земной коры и, соответственно, вращение Земли. Именно по этой причине дополнительную секунду с семидесятых годов ученые вводили реже, чем изначально предполагалось. Вскоре должно было произойти даже вычитание координационной секунды, чего никогда не случалось раньше.

Можно ли обратить время вспять?

Тем, что на угол падения солнечных лучей и среднюю температуру влияет положение нашей планеты, трудно кого-то удивить. А вот обратная зависимость — изменение вращения Земли из-за климата — не настолько очевидна и не привлекала внимания исследователей. Здесь интересное наблюдение сделали китайские геофизики, проанализировавшие длину суток с 1972 по 2022 год. Они заметили, как скорость оборота планеты вокруг своей оси перестала снижаться и начала увеличиваться с мая 2020 года. Эти изменения соответствовали появлению временных теплых течений Эль-Ниньо и Ла-Нинья, нарушающих привычный климат и температуру океанов. Изменения скорости вращения на 9% зависели от этих явлений.

Из-за таяния льдов уровень моря и температура воды повышается настолько, что начинает влиять на скорость вращения Земли. Данные со спутников показывают, что с начала 90-х годов наша планета становится чуть более «сплюснутой» у полюсов, чем была до этого. Это происходит из-за того, что ледники Гренландии и Антарктики понемногу тают, и водные массы смещаются к экватору. Когда вода перемещается чуть дальше от оси планеты, ее движение замедляется — так замедляется вращение фигуриста, вытянувшего руки в стороны или вперед. 

Задержка приводит к тому, что следующая координационная секунда, которую впервые в истории пришлось бы вычесть, откладывается на три года. И это при условии, что вызывающие ускорение процессы внутри планеты продолжатся с той же силой. Но гарантировать этого нельзя — геофизики пока не умеют их точно предсказывать.

Но стоит ли так беспокоиться о том, что «сверку часов» придется отложить? Вокруг координационной секунды не утихают споры: действительно ли она нужна для гражданских целей? До появления атомного отсчета времени больших проблем такое расхождение не вызывало. А для многих сфер, от финансовых рынков до телекоммуникаций, сбои и перенастройки оборудования из-за добавления и тем более вычета секунды становятся настоящим кошмаром. Поэтому многие ученые проголосовали за то, чтобы приостановить координацию астрономического и «атомного» времени после 2035 года.

Тот факт, что человечество, ускоряя глобальное потепление, может воздействовать даже на движение нашей планеты, вызывает у ученых беспокойство. По мнению Дункана Агню, негативные последствия в этом случае перевешивают удобство для метрологов и хронометристов. «Я достаточно долго занимаюсь темой климатических изменений, чтобы и так переживать о них, но новость о переносе координационной секунды — это еще один способ показать, насколько серьезна эта проблема», — считает он.