Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvorfor har vi brug for et springsekund? En fysiker forklarer, hvad der roder med Jordens rotation

Jordens rotationshastighed ændrer sig konstant på grund af gravitationskræfter såvel som klimaændringer, siger Jacqueline McCleary, lektor i fysik ved Northeastern University. Kredit:Matthew Modoono/Northeastern University

Smeltevand fra de polare iskapper, kombineret med det skiftende spin af Jordens kerne, roder med Jordens rotation til det punkt, at vi muligvis skal justere i et "negativt springsekund."



Effekterne af klimaændringer kan ses overalt, i den globale flygtningekrise, en endnu værre allergisæson og nu endda i selve begrebet tid.

Forskere har for nylig fundet ud af, hvordan smeltevand fra de polare iskapper kaster jordens rotation af sig til det punkt, at de, der virkelig interesserer sig for præcis tidtagning, måske bliver nødt til at implementere et "negativt springsekund."

Betyder det, at vores dage pludselig bliver 25 timer lange? Nej, men selv en ændring på et sekund er væsentlig i en verden, der er bygget på digitale systemer, såsom GPS, der er afhængige af præcis tidtagning for at fungere korrekt.

"I næsten lige så længe, ​​som der har været organiseret samfund, har vi forsøgt at holde styr på tiden, eller i det mindste dage eller årstider," siger Jacqueline McCleary, assisterende professor i fysik ved Northeastern University. "Kernen, skorpen, oceanerne, klimaændringer, isostatisk justering af istiden – alle disse faktorer bidrager til en ændring i Jordens rotationshastighed i et målbart tempo, noget der ville akkumulere et sekund om året eller noget lignende det."

Der er to primære metoder til tidtagning. Universal Coordinated Time (UTC), også kendt som astronomisk tid, fordi den er baseret på Jordens rotation og position blandt stjernerne, har længe været brugt som den globale standard for ure og tidtagning. Det er, hvad tidszoner er baseret på, og hvad de fleste mennesker tænker på som "tid".

Jordens rotation er dog ikke ligefrem et stabilt trommeslag, siger McCleary. Det ændrer sig faktisk altid, efterhånden som solen, månen og Jordens gravitationskræfter, såvel som Jordens tidevand og endda rotationen af ​​dens kerne, spiller ud af hinanden.

For at tage højde for dette begyndte tidtagere - der kræver en mere krævende standard - at bruge atomtid eller International Atomic Time for at finde den nøjagtige hastighed, som vores ure tikker. Dette mål varierer så lidt, at det lige så godt kan være statisk.

I 1958 gik det internationale tidtagningssamfund med til at synkronisere både UTC og TAI.

Men i 1972 bemærkede forskerne, at Jordens rotation begyndte at sænke sig en smule, hvilket effektivt gjorde dagene lidt længere. Som et resultat begyndte den atomare og astronomiske tid at divergere langsomt, men støt. For at holde dem synkroniseret – en stigende nødvendighed, efterhånden som flere og flere digitale systemer, såsom GPS-satellitter, kræver endnu mere krævende præcisionsniveauer – blev "springsekundet" skabt.

Selvom skudsekunder er mindre justeringer af vores tidssystemer, kan de have stor indflydelse på systemer som GPS. Kredit:Alyssa Stone/Northeastern University

McCleary siger, at der er flere faktorer, der er ansvarlige for det faldende tempo i Jordens rotation, herunder det, der kaldes tidevandslåsning.

"Månen trækker på Jorden, Jorden trækker på månen, og over tid er virkningen af ​​det, at Jorden bremser i en minimal fart - som en del ud af 10 milliarder - men ikke ubetydelig måde," siger McCleary.

Glacial afsmeltning, der har fundet sted siden istiden, og for nylig polar issmeltning, der stammer fra menneskeskabte klimaændringer, har også bidraget til Jordens langsomme rotation, siger McCleary. I begge tilfælde spredes smeltevandet, hvilket skaber en masse vand omkring ækvator, mens det land, der tidligere var fanget under is ved polerne, springer op igen.

Disse to kræfter tilsammen gør det sværere for Jorden at rotere, hvilket betyder, at UTC-dagen teknisk set er længere. Dette fænomen er blevet observeret i årtier.

"Når gletsjerne smelter, og som Jorden langsomt springer tilbage, og som masse, der engang var ved polerne, bliver omfordelt til ækvatorerne - fordi væsken spredes lettere, reagerer væske på at blive spundet - bliver Jordens rotationshastighed langsommere," siger McCleary .

For nylig har forskere imidlertid opdaget, at Jorden ikke længere bremser. Faktisk er det begyndt at accelerere lidt. Springsekunder blev tilføjet næsten hvert år mellem 1972 og 1999 for at justere for Jordens langsomme rotation. Men der er kun blevet tilføjet fire inden for de sidste 23 år, og sidste gang der blev tilføjet et springsekund var i 2016.

Hvad videnskabsmænd har fundet er, at selvom klimaændringerne "bruger bremserne," siger McCleary, er den flydende del af Jordens kerne også langsommere, hvilket påvirker, hvor hurtigt planetens overflade spinder.

"Jordens kerne, den flydende del, roterer også, og den oplever nogle gange bare tilfældige ændringer, tilfældige udsving," siger McCleary. "Lige nu er jordens kerne i de sidste par årtier tilfældigt blevet langsommere, og ved en kompliceret række af vekselvirkninger mellem den flydende del af kernen og kappen og skorpen, eller den faste del af Jorden, er skorpen Denne tilfældige ændring i kernens rotation, specifikt en opbremsning i rotationshastigheden, udmønter sig i en fremskyndelse af jordens overfladerotation, hvilket ville have den virkning, at dagene forkortes."

Om et par år kan det resultere i at implementere et negativt springsekund for at holde atom- og astronomisk tid synkroniseret, selvom virkningerne af polar issmeltning kan ende med at forsinke vores behov for at skifte urene fra 2026 til 2029.

Ville det gøre den store forskel at justere urene med et sekund? McCleary siger, at det kan påvirke globale systemer i stor udstrækning.

"Selvom vores computerinfrastruktur er udstyret til at håndtere positive skudsekunder, er stort set ingen af ​​vores netværk eller webtjenester udstyret til negative skudsekunder," siger hun. "De ved ikke, hvordan de skal gå fra 12:00:03 til 12:00:02. Dette er i bund og grund på niveau med Y2K-fejlen, hvor du skulle omprogrammere alt for at tillade fire-cifrede år."

I lighed med Y2K siger McCleary, at det sandsynligvis ikke ville ende med at forårsage katastrofe. Selvom det kan påvirke præcisionstidsmålingsfællesskabet og atomtiden, siger McCleary, at alternativet til at lade "et par sekunder flyde" er "omprogrammering af internettet." I så fald er lidt tabt tid måske ikke en dårlig ting.

Leveret af Northeastern University

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Northeastern Global News news.northeastern.edu.