Земля сейчас вращается быстрее, чем 50 лет назад

Вы когда-нибудь чувствовали, что в сутках не хватает времени? Оказывается, возможно, вы правы. Земля вращается быстрее, чем за последние полвека, в результате чего наши дни стали немного короче, чем мы привыкли.  И хотя это бесконечно малая разница, она стала большой головной болью для физиков, компьютерных программистов и даже биржевых брокеров.

Почему Земля вращается

Наша Солнечная система образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, когда плотное облако межзвездной пыли и газа свернулось само в себя и начало вращаться. В нынешнем вращении нашей планеты сохранились следы этого первоначального движения благодаря угловому моменту - по сути, "тенденции тела, которое вращается, продолжать вращаться, пока что-то активно не попытается остановить его", - объясняет Питер Уибберли, старший научный сотрудник Национальной физической лаборатории Великобритании.

Благодаря этому угловому моменту наша планета вращается уже миллиарды лет, и мы наблюдаем день и ночь. Но она не всегда вращалась с одинаковой скоростью.

Сотни миллионов лет назад Земля делала около 420 оборотов за время, необходимое для обращения вокруг Солнца; мы можем увидеть доказательства того, что каждый год был наполнен дополнительными днями, изучив линии роста на ископаемых кораллах. Хотя со временем дни постепенно становились длиннее (отчасти из-за того, что Луна притягивает океаны Земли, что немного замедляет наше движение), в течение всего времени существования человечества мы придерживаемся примерно 24 часов на полный оборот, что составляет около 365 оборотов за один оборот вокруг Солнца.

Однако по мере совершенствования наблюдений за вращением Земли и учета времени ученые поняли, что мы испытываем небольшие колебания в том, сколько времени требуется для полного оборота.

Новый способ отслеживания времени

В 1950-х годах ученые разработали атомные часы, которые отсчитывали время по тому, как электроны в атомах цезия переходят из высокоэнергетического возбужденного состояния в нормальное. Поскольку периоды атомных часов генерируются этим неизменным поведением атомов, они не сбиваются внешними изменениями, например, перепадами температуры, как это происходит с традиционными часами.

Однако со временем ученые заметили проблему: безупречно стабильные атомные часы немного отклонялись от времени, которого придерживается весь остальной мир.

"Со временем происходит постепенное расхождение между временем атомных часов и временем, измеряемым астрономией, то есть положением Земли, Луны и звезд", - говорит Джуда Левин, физик из отдела времени и частоты Национального института стандартов и технологий. По сути, год, зафиксированный атомными часами, был немного быстрее, чем тот же год, рассчитанный по движению Земли. "Чтобы это расхождение не стало слишком большим, в 1972 году было принято решение периодически добавлять к атомным часам високосные секунды", - говорит Левин.

Високосные секунды немного похожи на високосные дни, которые мы добавляем к концу февраля каждые четыре года, чтобы компенсировать тот факт, что на самом деле Земле требуется около 365,25 дней для обращения вокруг Солнца. Но в отличие от високосных лет, которые стабильно наступают каждые четыре года, високосные секунды непредсказуемы.

Международная служба вращения Земли и справочных систем следит за тем, как быстро вращается планета, посылая лазерные лучи на спутники, чтобы измерить их движение, наряду с другими методами. Когда время, отображаемое движением Земли, на одну секунду расходится со временем, измеряемым атомными часами, ученые всего мира координируют свои действия, останавливая атомные часы ровно на одну секунду, в 23:59:59 30 июня или 31 декабря, чтобы астрономические часы успели засечь время. Вуаля - високосная секунда.

Неожиданное изменение

С тех пор как в 1972 году была добавлена первая високосная секунда, ученые добавляют високосные секунды каждые несколько лет. Они добавляются нерегулярно, потому что вращение Земли непостоянно, с периодическими периодами ускорения и замедления, которые прерывают постепенное замедление вращения планеты, длящееся миллионы лет.

"Скорость вращения Земли - сложное дело. Она связана с обменом угловым моментом между Землей и атмосферой, влиянием океана и Луны", - говорит Левин. "Вы не можете предсказать, что произойдет в очень далеком будущем".

Но в последнее десятилетие или около того вращение Земли замедлилось... ну, замедлилось. С 2016 года не было добавлено ни одной високосной секунды, и сейчас наша планета вращается быстрее, чем за последние полвека. Ученые не уверены, почему.

"Это отсутствие необходимости в високосных секундах не было предсказано", - говорит Левин. "На самом деле предполагалось, что Земля будет продолжать замедляться, и високосные секунды будут по-прежнему необходимы. И поэтому этот эффект, этот результат очень удивителен".

Проблема с високосными секундами

В зависимости от того, насколько ускорится вращение Земли и как долго будет продолжаться эта тенденция, ученым, возможно, придется принимать меры. "В настоящее время существует опасение, что если скорость вращения Земли будет увеличиваться и дальше, то нам может понадобиться так называемая отрицательная високосная секунда", - говорит Уибберли. "Другими словами, вместо того, чтобы вставить дополнительную секунду, чтобы позволить Земле догнать ее, нам придется убрать секунду из атомной шкалы времени, чтобы привести ее в соответствие с Землей".

Но отрицательная високосная секунда поставит перед учеными совершенно новые задачи. "Никогда раньше не было отрицательных високосных секунд, и опасения вызывает то, что программное обеспечение, которое должно будет справиться с этим, никогда ранее не тестировалось в рабочем режиме", - добавляет Уибберли.

Независимо от того, требуется ли обычная високосная секунда или отрицательная високосная секунда, на самом деле эти крошечные изменения могут стать большой головной болью для самых разных отраслей - от телекоммуникаций до навигационных систем. Это происходит потому, что високосные секунды влияют на время таким образом, что компьютеры не готовы к этому.

"Основная основа Интернета - это непрерывность времени, - говорит Левин. Когда нет постоянной, непрерывной подачи информации, все рушится. Повторение секунды или ее пропуск ставит под угрозу всю систему и может вызвать разрывы в том, что должно быть непрерывным потоком данных". Високосные секунды также представляют собой проблему для финансовой отрасли, где каждая транзакция должна иметь свою уникальную временную метку - потенциальная проблема, когда эта секунда 23:59:59 повторяется.

Некоторые компании ищут собственные решения проблемы високосных секунд, например, Google. Вместо того чтобы останавливать часы, чтобы дать Земле догнать атомное время, Google делает каждую секунду чуть длиннее в високосный день. "Это один из способов, - говорит Левин, - но он не согласуется с международным стандартом определения времени".

Время как инструмент

Однако в грандиозной схеме вещей речь идет об очень крошечном количестве времени - всего одна секунда каждые несколько лет. Вы пережили множество високосных секунд и, вероятно, даже не знали о них. И если рассматривать время как инструмент для измерения вещей, которые мы видим в окружающем нас мире, например, перехода от одного дня к другому, то есть аргументы в пользу того, чтобы следовать времени, установленному движением Земли, а не электронами в атомных часах - какими бы точными они ни были.

Левин говорит, что он считает, что високосные секунды, возможно, не стоят тех проблем, которые они вызывают: "Мое частное мнение таково: "Лекарство хуже болезни". Если мы перестанем корректировать наши часы с учетом високосных секунд, может потребоваться столетие, чтобы хоть на минуту отклониться от "истинного" времени, фиксируемого атомными часами.

Тем не менее, он признает, что, хотя верно, что время - это всего лишь конструкция, явно человеческая попытка придать смысл нашему опыту в большой, странной вселенной, "также верно, что у вас есть идея, что в 12 часов пополудни Солнце находится над головой. И поэтому, хотя вы не часто об этом думаете, у вас есть связь с астрономическим временем". Високосные секунды - это лишь крошечный, почти невидимый способ поддержания этой связи.