Издревле люди измеряли время по вращению Земли вокруг своей оси — один оборот равнялся суткам с одним восходом и закатом солнца. Сутки разделили на 24 часа, которые мы используем до сих пор. Однако скорость вращения Земли непостоянна — она то замедляется, то ускоряется. При этом атомные часы, синхронизирующие работу интернета, GPS и биржевых торгов, идут с неизменной точностью.
Атомные часы работают на основе колебаний атомов цезия-133. При переходе между энергетическими уровнями атом излучает электромагнитную волну строго определённой частоты — 9 192 631 770 колебаний в секунду. Эта частота настолько стабильна, что атомные часы способны отстать или уйти вперёд всего на одну секунду за 100 миллионов лет.
Для компенсации разницы между атомным временем и реальным вращением планеты учёные с 1972 года периодически добавляли к мировым часам «високосную секунду». За прошедшие десятилетия такую корректировку произвели 27 раз. Изначально добавление происходило примерно раз в год, но к 2010-м годам интервал увеличился до 3-4 лет.
История замедления вращения Земли
Около 4,5 миллиардов лет назад Солнечная система сформировалась из гигантского вращающегося газопылевого облака. В процессе гравитационного сжатия облако вращалось всё быстрее, подобно фигуристу, прижимающему руки к телу. Постепенно из этого вращающегося диска образовались планеты, унаследовавшие вращательное движение.
Земля продолжает вращаться по инерции благодаря закону сохранения момента импульса. В космическом вакууме практически отсутствует трение, которое могло бы остановить это движение. Однако гравитационное взаимодействие между Землёй, Луной и Солнцем создаёт приливные силы.
Приливные силы вызывают не только подъём и опускание океанских вод, но и деформацию самой планеты. Когда огромные массы воды двигаются по морскому дну, возникает колоссальное трение. Этот процесс действует как гигантский тормоз, постепенно замедляя вращение планеты.
Геологические данные свидетельствуют о существенном изменении продолжительности суток за историю Земли:
- 620 миллионов лет назад сутки длились 21,9 часа
- 400 миллионов лет назад — 22,7 часа
- в эпоху динозавров (около 70 миллионов лет назад) — 23,5 часа
- сейчас — 24 часа
Расчёты показывают, что каждое столетие продолжительность суток увеличивается примерно на 1,8 миллисекунды. В далёком будущем этот процесс приведёт к ещё большему замедлению вращения Земли, хотя влияние других факторов делает точные прогнозы затруднительными.
Неожиданное ускорение: что происходит с планетой
С 1990-х годов учёные заметили необычное явление — наша планета начала вращаться быстрее. Это противодействует историческому замедлению и сокращает продолжительность суток. Впервые за всю историю наблюдений может потребоваться не добавить, а убрать одну секунду из мировых часов.
Сложное устройство: как внутреннее строение Земли влияет на скорость вращения
Сейсмические исследования показали, что Земля имеет слоистую структуру:
- твёрдое внутреннее ядро
- жидкое внешнее ядро
- твёрдая мантия
- земная кора
Течения в жидком внешнем ядре создают сложную систему взаимодействий с мантией. В разные годы эти процессы способны как ускорять, так и замедлять вращение планеты. В масштабах столетий эти колебания уравновешивают друг друга, оставляя приливное замедление основным долговременным трендом.
Глобальное потепление: неожиданное влияние на вращение планеты
Изменение климата вносит дополнительную сложность в расчёты времени. После последнего ледникового периода массивные ледяные щиты на полюсах начали таять. Это запустило два противоположных процесса:
Распрямление коры:
- Уменьшение веса льда позволяет сжатой земной коре медленно подниматься
- Планета становится более сферичной
- Масса приближается к оси вращения
- Скорость вращения увеличивается
Перераспределение воды:
- Талая вода растекается по мировому океану
- Большая часть океанов находится в низких широтах
- Масса удаляется от оси вращения
- Скорость вращения уменьшается
В настоящее время второй эффект преобладает, что откладывает необходимость вычитания високосной секунды до 2029 года.
Технические сложности и сбои систем
Каждая корректировка времени создаёт серьёзные технические сложности. Национальный институт стандартов и технологий США ежедневно получает более 100 миллиардов запросов на синхронизацию времени от миллиарда компьютеров.
История знает немало примеров проблем, вызванных добавлением високосной секунды:
- В 2012 году произошёл масштабный сбой Reddit
- Системы авиакомпании Qantas вышли из строя
- Возникли многочасовые задержки рейсов по всей Австралии
- Множество менее заметных, но важных нарушений в работе компьютерных систем
Альтернативные решения и будущее измерения времени
В 2022 году Генеральная конференция по мерам и весам объявила, что прекращает использование високосных секунд к 2035 году. Вместо частых мелких корректировок хотят проводить редкие крупные изменения — раз в несколько десятилетий или даже столетие.
Технологические гиганты уже разрабатывают собственные методы:
- Google использует технологию «размазывания времени»
- Ежедневные микрокорректировки в тысячные доли секунды
- Отсутствие резких изменений в работе систем
Однако индивидуальные решения компаний создают риск «временной анархии». Элизабет Донли, руководитель отдела времени и частоты NIST, подчёркивает необходимость единого стандарта, поскольку измерение времени лежит в основе многих других физических величин.
Современные технологии на самом деле почти не зависят от того, где именно находится Солнце на небе в данный момент. Компьютерные сети, навигационные спутники и системы связи нуждаются лишь в одном — стабильном и надёжном отсчёте времени.
