Вже не 24 години. Швидкість обертання Землі змінюється щодоби — що відбувається і чому це важливо?

Обертання Землі — це якесь абстрактне поняття, вплив якого дуже складно простежити. Головним маркером того, що наша планета не висить серед простору, як ялинкова іграшка, є зміна дня та ночі.

Відповідно до загальноприйнятого поняття, одна доба — це 24 години; 1440 хвилин; 86 400 секунд. Проте насправді Земля не обертається з настільки ідеальною швидкістю — її обертання нестабільне і постійно змінюється; просто це відбувається не так різко, щоб ми могли помітити це за час свого життя.

Зазвичай швидкість обертання нашої планети поступово знижується: у 2016 році британські вчені з’ясували, що довжина доби кожні сто років збільшувалася у середньому приблизно на 1,8 мілісекунд. Начебто небагато, проте якщо поглянути на картину ширше, вийде, що 200 млн років тому доба була на годину коротша, а 600 млн років тому у добі була лише 21 година. Інша група дослідників підрахувала, що 1,4 млрд років тому день тривав лише 18,7 години.

Однак нові дослідження показують, що насправді не все так однозначно, адже за останні 50 років обертання Землі навпаки прискорилося. Що ж сталося?

Вчені досі не зовсім розуміють, які фактори впливають на швидкість обертання планети. Так, є гравітаційний вплив інших астрономічних тіл на кшталт Сонця та Місяця, є різні внутрішні чинники на кшталт ядра Землі або хвиль та вітрів на поверхні планети, проте дослідники все ще не можуть сказати, який саме вплив мають ті чи інші сили. Єдиної формули, щоб вирахувати тривалість доби, у нас немає — і через постійні зміни в космосі, найімовірніше, її ніколи й не буде.

Проте останнім часом у вчених з’явилися нові інструменти для відстеження часу, які допомогли їм точно визначити тривалість доби. Висновок виявився простим і несподіваним одночасно — тривалість кожного дня на Землі відрізняється від попереднього. Просто ці зміни настільки мікроскопічні, що ми цього не помічаємо.

Одним із найточніших методів вимірювання швидкості обертання Землі є радіоінтерферометрія з наддовгими базами. Це мережа телескопів, які розташовані на поверхні планети далеко один від одного. Їхнє завдання — уловлювати певні космічні сигнали, коли вони з’являються та зникають. Завдання вчених — порівнювати час появи і зникнення цих сигналів, завдяки чому ми й отримуємо точний час обертання Землі.

Ще один надійний варіант — атомний годинник, який вважається найточнішим методом вимірювання часу. Його підрахунок ґрунтується на тому, як електрони в атомах цезію змінюють свій стан. Завдяки тому, що ніякі зовнішні збудники не впливають на такий годинник, він рахує секунди набагато точніше за традиційні годинники.

Нещодавно ми писали матеріал про годинник з оптичною решіткою, який став наступним кроком в еволюції традиційного атомного годинника. Одна секунда в ньому дорівнює 9 192 631 770 періодам електромагнітного випромінювання, яке змушує електрони в атомі цезію змінювати свій стан. Вчені впевнені, що ця точність допоможе їм визначати час із недоступною досі точністю — отже, ми зможемо набагато краще виміряти швидкість обертання планети. Крім цього фізики сподіваються, що цей винахід дасть нам змогу підвищити точність роботи GPS, виявити темну матерію і навіть вирішити одну з найважливіших загадок науки — поєднати загальну теорію відносності Ейнштейна та квантову механіку.

Атомний годинник уточнив швидкість обертання Землі, розраховану за допомогою спостереження за космосом; ситуацію можна порівняти з високосними роками, коли ми «додаємо» один день на рік, щоб компенсувати факт того, що на Землі потрібно близько 365,25 дня, щоб зробити повний оберт навколо Сонця.

Але якщо з високосними роками ситуація зрозуміла (у нас вони настають кожні чотири роки), то «високосні секунди» — штука непостійна, адже швидкість обертання Землі не така стабільна. З 2016 року не було додано жодної «додаткової секунди» — і це при тому, що зараз наша планета обертається швидше, ніж 50 років тому. Чому так відбувається? Вчені досі не мають відповіді — як ми вже писали вище, не існує якоїсь уніфікованої формули розрахунку цього показника.

Дослідники були впевнені, що Земля продовжить уповільнюватися, зазначає Джуда Левін, фізик із Національного інституту стандартів та технологій, який вивчає час. Проте насправді ситуація змінилася кардинально — зараз наша планета обертається дедалі швидше. І тепер замість того, щоб додавати високосну секунду, нам доведеться навпаки її віднімати. А це загрожує проблемами.

«Раніше у нас ніколи не було від'ємної додаткової секунди; проблема в тому, що програмне забезпечення має працювати з тим, що ніколи раніше не тестувалося», — пояснює Вібберлі. Комп’ютери можуть виявитися не готовими до таких змін, через що ці, здавалося б, невеликі та прості зміни, загрожують величезним головним болем для різних галузей — від телекомунікацій до фінансового сектора.

Безперервність часу — основа роботи інтернету. Щойно стабільна подача інформації переривається, все розвалюється. Полагодити це можна, і лякати страшилками про смерть усіх комп’ютерів, як у 2000-му, ніхто не збирається, проте проблема нікуди не зникає, а на її вирішення знадобиться чимало ресурсів. Повторення секунди або її пропускання і будуть тим самим тригером, який може зламати систему.

Компанії, які мають достатньо ресурсів, винаходять свої підходи для подолання потенційних проблем. Наприклад, Google заснував програму Leap Smear, яка «подовжує» кожну секунду високосного року, у такий спосіб забезпечуючи плавність переходу.

Важливо розуміти, що час — це лише конструкт. Хоч він і є правильним, це лише людська спроба адаптуватися, щоб осмислити себе і свій досвід у Всесвіті. І для людського життя загалом зміни, про які говорять вчені, зовсім незначні — за своє життя ви прожили не одну «додаткову» секунду, навіть не підозрюючи про це. Тому, цілком можливо, що для більшості було б зручніше дотримуватися часу, який встановлюється саме обертанням Землі з його прискореннями та уповільненнями, ніж вираховувати мілісекунди в атомному годиннику, яким би точним він не був.

Зрештою, ми живемо у величезному Всесвіті, за встановленими ним правилами. І хто ми такі, щоб їх ламати, правда?