Ровно 24 часа — только на часах: ученые раскрыли тайну земных суток

24 часа — не абсолютно постоянная величина

Новое исследование ученых из Университета Альберты в Канаде опубликовано 23 сентября в научном журнале Nature.

Исследователи Хуэйфэн Чжан и Матье Дамберри изучили многолетние изменения скорости вращения Земли и попытались установить, какие процессы внутри планеты заставляют ее периодически немного ускоряться или замедляться.

Разница чрезвычайно мала и в повседневной жизни совершенно незаметна. Речь идет всего о нескольких миллисекундах, то есть тысячных долях секунды. Однако современные методы измерения позволяют фиксировать даже такие небольшие отклонения.

Как отмечается в исследовании Nature, скорость вращения Земли непостоянна, а колебания продолжительности суток происходят на разных временных масштабах.

Причину искали глубоко под поверхностью

Ученым уже давно известно, что на скорость вращения планеты воздействует множество факторов.

Суточные изменения могут быть связаны с приливными процессами, сезонные и годовые колебания — в значительной степени с движением атмосферы. На очень больших временных промежутках вращение Земли постепенно замедляется из-за приливного воздействия Луны.

Однако оставались колебания продолжительности суток на масштабах в десятки лет, которые нельзя было полностью объяснить только этими причинами.

В новом исследовании ученые сосредоточились на процессах, происходящих между ядром и мантией Земли.

Внутри планеты идет своеобразное «перетягивание каната»

Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой внешней частей. Внутреннее ядро способно вращаться несколько иначе, чем окружающие его слои планеты.

Исследователи построили модель, учитывающую несколько сил, возникающих при взаимодействии ядра и мантии.

Одна из них связана с гравитацией: более плотные области внутреннего ядра стремятся определенным образом выстроиться относительно неоднородностей плотности в мантии.

Одновременно этому движению противодействуют другие силы — в частности, электромагнитное и механическое взаимодействие на границе ядра и мантии.

Получается своеобразное планетарное «перетягивание каната», происходящее на огромной глубине и способное едва заметно изменять скорость вращения всей Земли.

Гравитация оказалась главным игроком

Модель лучше всего совпала с наблюдаемыми изменениями продолжительности суток в том случае, когда основной движущей силой выступало гравитационное взаимодействие.

Электромагнитные и механические силы, согласно расчетам ученых, преимущественно действуют в противоположном направлении и сдерживают изменения.

Исследователи сравнивали модель с данными о вращении Земли за период с 1964 по 2019 год. Особое внимание уделялось изменениям, происходящим на протяжении примерно 60–70 лет.

Результаты показали, что именно гравитационное взаимодействие внутреннего ядра и мантии способно объяснить значительную часть таких многолетних колебаний продолжительности суток.

Разницу человек никогда не почувствует

Несмотря на звучную формулировку о том, что сутки не всегда равны 24 часам, речь не идет о минутах или даже секундах.

Многолетние колебания, которые исследовали ученые, составляют всего несколько миллисекунд. Для человека подобная разница совершенно незаметна.

Однако для науки эти крошечные изменения чрезвычайно важны. Наблюдая за вращением планеты с высокой точностью, исследователи фактически получают возможность изучать процессы, происходящие в областях Земли, куда невозможно добраться непосредственно.

Миллисекунды рассказали о том, что происходит в центре Земли

Новое исследование позволило сделать еще один интересный вывод: твердое внутреннее ядро, вероятно, ведет себя не как абсолютно жесткий объект.

Модель предполагает, что на протяжении нескольких лет оно способно очень медленно деформироваться под воздействием колоссальных температур, давления и действующих внутри планеты сил.

При этом авторы подчеркивают, что остаются неопределенности. Реконструкции движения внутреннего ядра и потоков во внешнем ядре основаны на косвенных наблюдениях, поэтому дальнейшие исследования могут уточнить существующую картину.

Тем не менее работа помогает объяснить необычную связь между процессами, происходящими на глубине тысяч километров, и одной из самых привычных для человека величин — продолжительностью земных суток.