Иногда хочется, чтобы в сутках было не 24 часа, а 25, 26 или даже 30. Мечты о дополнительных часах не так далеки от реальности, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что продолжительность суток действительно постепенно увеличивается: в масштабах геологических эпох она меняется в широких пределах. Этот процесс, хоть и медленный, оказывает влияние на множество аспектов жизни планеты — от климата до самого определения времени. Разберёмся, что влияет на продолжительность суток на Земле и сколько времени потребуется, чтобы в них прибавился ещё один час.

Почему сутки становятся больше

Существует несколько причин для постепенного увеличения продолжительности земных суток. Однако наиболее существенное влияние оказывает взаимодействие Земли с её естественным спутником.

Влияние Луны

Масса Луны примерно в 81 раз меньше массы Земли, но, несмотря на это, спутник оказывает большое гравитационное воздействие на нашу планету. Когда Луна сформировалась около 4,5 миллиарда лет назад, земные сутки были куда короче — менее 10 часов. С тех пор гравитационное притяжение Луны неуклонно замедляло вращение нашей планеты и постепенно день на ней удлинялся. Земля вращается значительно быстрее, чем Луна обращается вокруг неё. Земля совершает почти 30 оборотов вокруг своей оси за один оборот Луны по орбите. При движении Луна притягивает к себе разные части нашей планеты, создавая на поверхности выпуклости, называемые «приливными горбами». Как правило, они формируются на дне океана и влияют на образование приливов и отливов. Из-за более быстрого вращения Земли «приливные горбы» увлекаются немного вперёд относительно прямой линии, соединяющей центры Земли и Луны. Гравитационное притяжение Луны к этим опережающим приливным горбам создаёт крутящий момент и немного тормозит вращение Земли, постепенно замедляя её.

Рамблер

Схема приливного взаимодействия Луны и Земли Одновременно согласно закону сохранения углового момента в системе Земля — Луна тот же крутящий момент, который замедляет Землю, ускоряет Луну на её орбите. Это ускорение приводит к тому, что Луна постепенно удаляется от Земли. В настоящее время этот процесс удаления происходит со скоростью около 3 сантиметров в год. По мере удаления Луны её орбитальная скорость уменьшается. Этот процесс сопровождается рассеянием избыточной энергии, главным образом в виде тепла. Рассеяние происходит из-за трения приливов о дно океана, особенно в мелководных морях, таких как Европейский шельф, Патагонский шельф и Берингово море. Без этого непрерывного рассеяния энергии приливные горбы быстро бы синхронизировались с Луной и Луна перестала бы удаляться. Математическую теорию приливного трения впервые разработал английский астроном Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина, после 1879 года.

Миллиардолетняя пауза

Неожиданным открытием стало то, что равномерное замедление вращения Земли было приостановлено на значительный период в геологической истории — примерно с двух миллиардов лет назад до 600 миллионов лет назад. Эта «пауза» в удлинении земных суток была вызвана атмосферным приливом, движимым Солнцем, который эффективно противодействовал приливному торможению Луны. Солнечный свет также создаёт атмосферные выпуклости, и гравитация Солнца воздействует на них, создавая крутящий момент. Однако, в отличие от Луны, солнечный крутящий момент ускоряет вращение Земли. В течение этого миллиардолетнего периода атмосферные выпуклости были значительно больше, поскольку атмосфера была теплее, и частота, с которой волны распространяются в ней, совпадала с продолжительностью суток, составлявшей тогда около 19,5 часа. Это совпадение резонанса усилило эффект солнечного прилива, создав «приливный паритет», который поддерживал скорость вращения Земли на одном уровне. Это явление можно сравнить с раскачиванием ребёнка на качелях: если толчки синхронизированы с естественным периодом колебаний качелей, каждый толчок значительно увеличивает их амплитуду и импульс. В настоящее время атмосферные приливы относительно невелики, так как их резонансная частота (22,8 часа) и текущий 24-часовой период обращения Земли вокруг своей оси не совпадают.

Как быстро замедляется Земля?

Современная средняя скорость удлинения земных суток составляет примерно 1,7 миллисекунды за столетие согласно измерениям атомных часов. Исторические астрономические записи, начиная с VIII века до нашей эры, указывают на несколько большую тенденцию замедления — около 2,3 миллисекунды за столетие. Эта разница говорит о том, что скорость замедления не была идеально постоянной даже в последние тысячелетия. Практическим следствием этих малых, но накапливающихся расхождений является необходимость введения «високосных секунд» для синхронизации Всемирного координированного времени (UTC) с фактическим вращением Земли. С 1972 года было добавлено 27 положительных високосных секунд. Однако в последние годы зафиксированы аномалии: в 2020 году учёные сообщили, что Земля начала вращаться быстрее после десятилетий последовательного замедления. 29 июня 2022 года одни сутки на Земле оказались немного меньше 24 часов: расхождение составило 1,59 миллисекунды. Эта тенденция привела к обсуждениям о возможном введении «отрицательной високосной секунды». Такие краткосрочные колебания могут достигать 5 миллисекунд из-за связи между ядром и мантией — это довольно большие отклонения от долгосрочной тенденции замедления.

Рамблер

Оценка продолжительности суток в прошлом

Когда в земных сутках станет 25 часов

Основываясь на текущем понимании удаления Луны и приливного торможения, учёные прогнозируют, что потребуется приблизительно 200 миллионов лет, чтобы продолжительность земных суток увеличилась на один час. Для сравнения: 1,4 миллиарда лет назад, когда Луна была значительно ближе, земные сутки длились всего около 18 часов.

Факторы, влияющие на точность прогноза

Долгосрочные прогнозы сложны и подвержены влиянию различных факторов.

Изменчивость приливного рассеяния. Скорость приливного рассеяния непостоянна. Как показал «ступенчатый характер» замедления в прошлом, будущие конфигурации континентов из-за тектоники плит могут изменять геометрию океанических бассейнов и эффективность приливного трения. Это может как ускорить, так и замедлить удлинение суток.
Эволюция Солнца. Конечным ограничивающим фактором является эволюция нашего Солнца. Примерно через 1–1,5 миллиарда лет увеличивающееся излучение Солнца, вероятно, приведёт к испарению земных океанов. Это устранит основной источник приливного трения, фактически прекратив процесс приливного торможения.
Краткосрочные колебания. Хотя долгосрочный прогноз основан на средней тенденции, вращение Земли непостоянно. Оно подвержено миллисекундным возмущениям. Эти колебания вызваны землетрясениями, извержениями вулканов и движением жидкого металла во внешнем ядре Земли (связь ядро — мантия). Случайные колебания из-за связи ядро — мантия могут достигать 5 миллисекунд. Эти возмущения непредсказуемы в долгосрочной перспективе.

Другие факторы

Приливное взаимодействие Земли с Луной — главный фактор изменения скорости вращения нашей планеты и, как следствие, длины дня. Но есть и другие геофизические процессы, которые тоже влияют на продолжительность суток, хоть и не так сильно.

Крупные геологические события. Крупные землетрясения могут оказывать глобальное воздействие на вращение Земли из-за внезапного перераспределения масс внутри планеты. Этот сдвиг массы изменяет момент инерции Земли. Например, землетрясение в Суматре-Андамане 2004 года (магнитуда 9,1) сократило продолжительность суток примерно на 2,68 микросекунды, по расчётам NASA. Оно также сдвинуло «средний Северный полюс» примерно на 2,5 сантиметра и незначительно уменьшило сжатие Земли. Хотя эти изменения крайне малы, они подчёркивают чувствительность систем Земли даже к внутренним геологическим процессам.
Изменение распределения масс на планете. Любое крупномасштабное перераспределение массы на Земле или внутри неё может повлиять на её вращение.
Таяние ледниковых щитов и ледников. Когда талая вода стекает в океаны, она перераспределяет массу от полюсов к экватору, делая планету немного шире в средней части и замедляя её вращение. С 2000 года таяние льда замедлило вращение Земли на 1,33 миллисекунды за столетие. По прогнозам, эта цифра может увеличиться до 2,62 миллисекунды к концу века при высоких выбросах. Таяние морского льда не влияет на вращение, так как он уже вытесняет свой объём в воде. Потеря льда в Гренландии оказывает большее влияние, чем в Антарктиде, из-за её большего удаления от полюса.

Реально ли глобальное изменение климата и правда ли, что виноваты люди

Гляциоизостазия. Это явление подъёма суши после её освобождения от ледников. Эти движения также влияют на вращение Земли.
Мантийная конвекция. Циркуляция горных пород в мантии Земли может влиять на движение тектонических плит и распределение массы. Связь между ядром и мантией является вероятной причиной междекадных колебаний полярного движения и продолжительности суток.
Атмосферная и океаническая циркуляция. Перераспределение массы в атмосфере и океанах вызывает сезонные изменения продолжительности суток. Сдвиги в ветровых паттернах отвечают примерно за 90% сезонных вариаций. События Эль-Ниньо связаны с удлинением суток, а Ла-Нинья — с их сокращением.
Изъятие подземных вод. Обширное изъятие подземных вод, особенно из средних широт, связано с дополнительным наклоном оси Земли на 0,8 метра. Это перераспределение воды к полюсам может привести к ускорению вращения Земли.

В итоге

Текущие оценки показывают, что продолжительность суток увеличивается на миллисекунды за столетие и, по прогнозам, потребуется около 200 миллионов лет, чтобы земные сутки выросли до 25 часов. Но эта цифра может существенно уменьшиться как в большую, так и в меньшую сторону, так как предсказать геофизические процессы на таком большом промежутке времени невозможно. Поэтому ближайшие десятки поколений наших людей вынуждены довольствоваться 24 часами в сутках и учиться планировать свой день.