Zašto je atomski sat izmišljen
Odavno je poznato da se Zemlja okreće oko svoje ose različitim brzinama. Još sredinom 18. veka Imanuel Kant je otkrio da su na to uticale lunarno-solarne plime. U današnje vreme, razvojem preciznijih metoda merenja, njegova hipoteza je potvrđena. Sada se brzina rotacije meri sa tačnošću od delića milisekundi.
Kako se ispostavilo, planeta se zapravo malo usporila od Kantovog vremena. Astronomi izražavaju ove promene u pogledu dužine dana, koji se povećava za oko 1,2 milisekunde po veku. U danu ima 86.400 sekundi. A od 1967. godine postoji atomski sat, koji za razliku od planete radi konstantnom brzinom. Kada razlika postane kritična, Koordinisano univerzalno vreme (UTC) prilagođava se svakih nekoliko godina krajem decembra ili juna uvođenjem dodatne sekunde. Ovo je poslednji put učinjeno krajem 2016.
Gde beži sekunda
„Od 1962. godine brzina rotacije Zemlje pomno se proučava, upoređujući očitanja atomskog sata TAI sa skalom UT1, određenu položajem zvezda, kvazara, svemirskih letelica. Od 2016. godine dan je skraćen za tri milisekunde od tada“, kaže doktor fizike i matematike Leonid Zotov, viši istraživač na Moskovskom državnom univerzitetu. Čini se da je odstupanje zanemarljivo, ali poznavanje brzine i položaja ose rotacije neophodno je za civilnu i vojnu navigaciju visoke preciznosti. Merenja iz celog sveta objedinjuje Međunarodna služba za rotaciju i referentne sisteme Zemlje sa centrom podataka na Pariskoj opservatoriji.
Sada je vreme mereno rotacijom Zemlje počelo da prestiže atomsko vreme. Ranije je UTC sekunda bila kraća od sekunde Zemljine rotacije UT1 i činilo se da se atomska vremenska skala kreće napred, što je zahtevalo uvođenje dodatne sekunde, što je usporilo prvi „sat“. Sada su ove skale gotovo jednake. Sadašnjih 365 obrtaja Zemlje prete da postanu rekordno kratki u poslednjih 60 godina. Ako planeta nastavi da se ubrzava, 2026. će se razlika približiti kritičnoj - 0,9 sekundi. Čuvari vremena će biti primorani da prvi put u istoriji oduzmu vremenu sekundu.
Zemlja kao balerina
Iako naučnici razumeju zašto je Zemlja odjednom požurila, to nije tako jednostavno. Mnogi faktori utiču na brzinu rotacije, koja se stalno menja i podložna je različitim ciklusima. Konkretno, u ciklusu od 18,6 godina, naša planeta se skuplja duž ekvatora, a zatim se širi. Ovo je posledica gravitacionog uticaja Meseca. Promena oblika se ogleda u brzini rotacije. Planeta je poput balerine: što više približavamo ruke, brže se vrtimo. Postoje i kratkotrajne promene plime.
„Na ovo se nadovezuju sezonske promene, kada se Zemlja brže okreće i usporava tokom godine pod uticajem vazdušnih struja“, nastavlja naučnik.
Atmosfera menja rotaciju planete. Kada se zapadni vetrovi pojačaju, malo se usporava. U proseku, najduži dani su 1. maja i 7. decembra, a najkraći 4. avgusta. Osim toga, fenomen El Ninjo ometa ovaj proces svakih nekoliko godina.
Faktor temperature
Astronomi su rekonstruisali brzinu rotacije Zemlje od ‘50 -ih. Podaci nisu najprecizniji, ali zajedno sa savremenim omogućavaju da vidimo neke obrasce tokom više od veka i po. Posebno su zanimljivi ciklusi usporavanja i ubrzanja od 60, 20 i 10 godina, koji se nazivaju decenijski ciklusi. Oni još nisu u potpunosti objašnjeni. Decenijski ciklusi nisu povezani sa atmosferom i okeanima, objašnjava Leonid Zotov. Po njegovom mišljenju, 20-godišnji ciklus je verovatno posledica mesečevog orbitalnog kretanja, a 60-godišnji ciklus je posledica procesa u unutrašnjosti planete.
„Na primer, na granici između jezgra i Zemljinog plašta rotacija jezgra malo zaostaje za rotacijom plašta. Ali sa površine ne vidimo šta se dešava u dubini, možemo suditi samo po posrednim podacima“, objašnjava istraživač. Ako je uticaj Zemljinih slojeva na rotaciju sasvim prirodan, onda je sinhronizacija sa promenama globalne temperature misterija. Uočava se da se Zemlja tokom zagrevanja ubrzava. Tako je bilo tridesetih godina prošlog veka i dešava se sada. Malo usporivši ’70 -ih i ‘90 -ih, planeta je počela da dobija na zamahu u naše vreme. Još uvek nije jasno kako su klimatske promene i stopa rotacije povezani.
„Temperatura se povećala za 0,2 stepena, u isto vreme Zemlja je ubrzala, a ovo je energetski mnogo skuplji proces. Milisekundna promena je jednaka promeni od milion zemljotresa“, naglašava Zotov. Možda neki faktor utiče na globalnu temperaturu i brzinu rotacije. Moguće je da plimne sile Jupitera i Saturna igraju ulogu. „Oni su veoma udaljeni, ali se te teorije ne mogu potpuno odbaciti“, pojašnjava naučnik.
Tajanstvena veza tri procesa
Već je praktično dokazano da globalno zagrevanje menja pomeranje ose rotacije Zemlje. Njena tačka preseka sa površinom na severnoj hemisferi označava geografski Severni pol. Sama osovina stalno ide napred-nazad negde u Severnom ledenom okeanu.
Međutim, kako su kineski naučnici nedavno izračunali, sredinom devedesetih godina pomeranje je naglo promenilo smer, a pol se pomerio prema istoku. Autori rada smatraju da je to posledica ubrzanog topljenja glečera i preraspodele vodene mase po površini planete. Ali pomeranje ose ne bi trebalo da utiče na brzinu rotacije, barem u teoriji. Realnost bi se mogla pokazati složenijom, kaže Zotov.
„Naša planeta je živa. Ima okeane, atmosferu, do nje stiže toplota. Tokom godina smo ili bliže Suncu ili dalje, dolazi do promene godišnjih doba, iz dubine protiče energije. Zemlja diše“, tvrdi naučnik.
„Na njoj se sve vreme dešava nešto sa različitom periodičnošću. Osa se njiše i istovremeno zanosi, rotira sa amplitudom od pet metara, postoji godišnja fluktuacija“, navodi on.
U nedavnom članku u časopisu „Nejčer“ ukazano je na fenomen nazvan Čendlerovo oscilovanje Zemljine ose rotacije, otkriveno u 19. veku. To je pomicanje polova za nekoliko metara napred-nazad svakih 14 meseci.
„Zemlja se ljulja poput klatna i istovremeno blago odstupa levo i desno“, objašnjava naučnik. Svakih četrdeset godina, Čendlerovo kolebanje se naizmenično pojačava i slabi, a osovina Zemlje se sinhroniše.
„Sada je epoha prigušivanja Čendlerove oscilacije. Pomak ose se pojačao – ispisuje vrtloge, pravi zavoje“, navodi ruski naučnik.
Godine 2020. su se približila tri fenomena: maksimumi globalne temperature i brzina rotacije Zemlje, kao i skoro potpuno slabljenje Čendlerove oscilacije. Ostaje da se vidi kako je sve ovo povezano.