Массу Солнца можно определить, применив второй закон Ньютона к орбитальному движению Земли:

Подставляя выражения для и в формулу для ускорения свободного падения , получим:

Источник

Скорость вращения Земли рекордно выросла. Куда торопится планета?

Международная служба вращения Земли (IERS) объявила, что наша планета в прошлом году ускорила свое вращение. Причем вновь рекордно: день стал короче на 0,5 секунды, а такого не случалось за всю историю наблюдений. Подробнее – в материале нашего научного обозревателя Николая Гринько.

Ушедший, 2020 год принес человечеству огромное количество изменений, нововведений и потрясений. Казалось бы, он закончился, больше никаких сюрпризов от него ждать не приходится. Однако, подводя итоги, ученые обнаруживают все новые и новые факты, делающие 2020-й просто рекордсменом по необычности.

Все мы знаем, что Земля делает полный оборот за 24 часа. Поначалу все наши единицы измерения времени отсчитывались от скорости вращения планеты. Время полного оборота просто разделили на равные отрезки: часы минуты и секунды. Согласно этой системе отсчета, в сутках было ровно 86 400 секунд. Но несколько десятилетий назад были изобретены сверхточные атомные часы, тогда ученые с удивлением обнаружили, что скорость вращения Земли вовсе не постоянна.

Планета замедляется – и это полностью согласовывается с известными нам законами физики. Явление это настолько заметное, что с семидесятых годов прошлого века к некоторым годам для компенсации было решено добавлять по одной лишней секунде. Такие секунды назвали «високосными», за последние полвека их добавляли уже 27 раз, последнее такое событие произошло в 2016 году. Планировалось, что следующая високосная секунда будет добавлена к 2021 году.

К декабрю это отставание увеличилось, в результате год оказался почти на 3 минуты короче, чем планировалось. Разумеется, множество изданий сразу же выпустили материалы, в которых предполагается, что человечеству грозит если не полное уничтожение, то как минимум глобальная катастрофа: атмосферу вот-вот сдует в космос, смена дня и ночи будет происходить с пугающей скоростью, и вообще грядет конец света.

На самом деле все, разумеется, совсем не так. Еще несколько лет назад было установлено, что на скорость вращения Земли влияет притяжение Луны, годовое количество осадков, эрозия гор, масса ледников и так далее. Судя по всему, в 2020 году какой-то из этих факторов изменился (а может, и все вместе), Земля стала вращаться немного быстрее.

Некоторые ученые считают, что во всем виновато глобальное потепление – ледники тают, огромные массы льда и воды перемещаются, и это влияет на физику вращения планеты. Противники этой теории возражают, что перераспределение массы с полюсов (где находится большинство ледников) в мировой океан (куда попадает вся освободившаяся вода) должно приводить не к ускорению, а, наоборот, к замедлению вращения. Так что единого мнения пока нет.

Международная служба вращения Земли тоже пока не знает, что делать. С одной стороны, надо бы добавить к текущему, 2021 году половину високосной секунды (а может, и целую, чтобы был запас). С другой стороны, не очень понятно, как планета будет вести себя дальше: продолжит ускоряться, вернется к постепенному замедлению или просто стабилизируется. Поэтому никаких радикальных мер не предпринимается: и без того високосные секунды каждый раз добавляют головной боли всем, кто связан с компьютерными технологиями, спутниковой навигацией и прочими отраслями, связанными с привязкой к точному времени. Лучше все-таки немного подождать и посмотреть, что будет дальше. Скорее всего, ничего страшного не произойдет. Хотя…

Источник

Земля набирает скорость: учёные зафиксировали необъяснимую аномалию вращения планеты

До недавних пор было принято считать, что Земля постепенно снижает скорость оборота вокруг своей оси, но в последнее время данные измерений показывают нечто невероятное.

19 июля 2020 года мы сидели на карантине и мечтали, чтобы всё это поскорее закончилось. Сложно сказать, могло ли одновременное желание всех жителей Земли заставить её двигаться быстрее, но факт остаётся фактом — это были самые короткие сутки за всю историю наблюдений.

Как Земля вращается вокруг оси и откуда мы это знаем

Есть общепринятый стандарт — один оборот за 86 тысяч 400 секунд, то есть за те самые 24 часа. Но дело в том, что абсолютно никогда наша планета не укладывается в эти рамки на 100% чётко. На какие-то доли секунды обязательно идут отклонения. Только не будем путать это с високосными годами, то есть с дополнительным днём февраля раз в четыре года — там речь идёт о не совсем 365-дневном вращении Земли ВОКРУГ СОЛНЦА, то есть это другая история. В данном случае нас интересует то, что сутки у нас не вполне 24-часовые.

Их точную продолжительность научились измерять в середине XX века. В 1960 году было установлено всемирное координированное время — это и есть то самое UTC, которое мы видим на часах разных городов в своих смартфонах. Оно основано на измерениях атомных часов. А есть ещё, к примеру, стандарт UT1, он определяет скорость вращения Земли астрономически — в том числе по расположению в небе Луны и квазаров. Ситуация такова, что эти стандарты не совпадают и их сопоставление позволяет составить максимально близкую к истине картину. И картина эта показывает, что в XX веке Земля вращалась вокруг себя всё медленнее и медленнее, то есть сутки становились длиннее. Настолько длиннее, что с 1972 года к ним довольно часто приходилось добавлять «дополнительную секунду», чтобы привести стандарт в соответствие с реальной ситуацией. С тех пор это делали 27 раз. Выглядит это примерно так: в назначенный день полночь на часах всех гаджетов в мире наступает ровно на секунду позже.

Правда, это тоже явление не очень регулярное. Например, с 1972 по 1979 год ввели целых девять дополнительных секунд, а с 1999 по 2004 год их не было вообще. Вот и в последнее время (а именно — с 2016 года) секунду что-то ни разу не прибавляли.

Так вот почему в последнее время совсем не хватает времени

Введение дополнительной секунды — одна из функций Международной службы вращения Земли (IERS). Она измеряет продолжительность суточного оборота планеты в том числе по данным Парижской обсерватории и Военно-морской обсерватории США. Так вот, недавно эта служба столкнулась с абсолютно невиданной доселе проблемой: если верить данным измерений, в 2021 году впору будет УБАВЛЯТЬ из суток секунду, чего не делали ещё никогда.

IERS публикует бюллетени с данными каждодневных измерений. И если посмотреть документ, опубликованный в августе 2020 года, и прокрутить его до строки с данными за 19 июля, то можно обнаружить, что сутки продлились почти на полторы миллисекунды меньше, чем надо, то есть меньше 24 часов. На первый взгляд это кажется незначительным, но по факту это абсолютный рекорд скорости вращения Земли за всю историю наблюдений. Более того, в целом за первое полугодие ковидного года зафиксировали целых 28 кратчайших суток в истории. А если поставить рядом все цифры IERS по продолжительности дня с 60-х годов, то получается следующее.

Та линия, где слева написано +-0ms, — это линия стандарта, то есть если кривая проходит через неё — значит, в это время сутки составляли аккурат 86 400 секунд. Как видим, это бывает нечасто. Самое интересное — проследить за зигзагами серого цвета: именно они показывают отклонения от ожидаемых 24 часов. Получается, что до 2000-х годов практически всегда сутки были длиннее положенного, то есть Земля была довольно неповоротливой, но в последние пару десятилетий явно что-то случилось. Обратите внимание, как низко склонились эти линии в 2020 году.

Что может менять скорость вращения Земли

В школе нас учили, что вращение планеты замедляется и происходит это в основном из-за притяжения Луны — она, как известно, чуть «приподнимает» к себе земные океаны и вообще незаметно «тормозит» планету. Но есть и другие факторы — процессы в недрах Земли: кора движется относительно ядра, в мантии идёт конвекция, и всё это влияет на скорость вращения. Оказывается, некоторые такие процессы могут и заставлять мир двигаться быстрее. Например, подобный эффект имеют землетрясения: из-за них в недрах планеты происходят активные перемещения масс в сторону полюсов, то есть поближе к оси вращения. А по законам физики, если возле оси масса становится больше, то и тело крутится быстрее. Если грузы убрать подальше от оси — будет крутиться медленнее. Это называется моментом инерции. Часто его иллюстрируют известным приёмом фигуристов: они прижимают руки к себе и от этого начинают кружиться намного быстрее.

Как сообщали в NASA, после сильнейшего землетрясения у берегов Индонезии в 2004 году планета сделала оборот на 2,68 микросекунды быстрее — это, конечно, на несколько порядков меньше миллисекунды, но всё-таки.

Впрочем, землетрясения, точно так же, как и Луна, сопровождают нас с незапамятных времён. А меж тем на вращение Земли может влиять ещё одно явление, характерное именно для последних десятилетий, — таяние ледников. Как объясняют учёные, из-за него происходит очень интересная вещь: эти ледники своим весом давят на земную кору и заставляют мягкие и вязкие массы под ней растекаться в разные стороны. Когда ледники исчезают, то давление на земную кору ослабевает, она начинает понемногу как бы распрямляться, то есть подниматься кверху, и все эти вязкие массы под ней тоже возвращаются туда, откуда их до сих пор выдавливали ледники. Значит, это место становится более тяжеловесным. А ледники у нас находятся возле полюсов, а значит, возле оси вращения планеты. По расчётам исследователей, именно такое перераспределение масс вполне может оказаться причиной ускорения вращения Земли и, соответственно, уменьшения продолжительности суток. И примерно то же самое произошло во время таяния ледников в эпоху плейстоцена. Кстати, если интересно, посмотрите, какова реальная продолжительность суток именно сегодня: наверняка она окажется меньше 24 часов.

Источник

Земля вращается быстрее обычного: почему?

Наша планета Земля вращается быстрее, чем когда-либо за последние 50 лет. Она делает это в среднем на 0,5 миллисекунды быстрее в день, что означает, что каждый день уже длится немногим менее 24 часов из-за изменения скорости Земли, которая, как мы и ожидали, увеличилась за последние пять десятилетий.

Вращение Земли со временем претерпевало изменения. И в этом нет ничего странного: вращение планеты незначительно меняется из-за океанских течений, движения ядра или атмосферного давления.

Как это выяснили?

Коралл ежедневно откладывает тонкий слой карбоната кальция. А учитывая, что кораллы растут больше в сухой сезон, чем во влажный, можно подсчитать линии отложений карбоната кальция между сезонами, чтобы определить течение времени. Это даже точнее, чем смотреть на кольца дерева.

До сих пор «хранители времени», отвечающие за пересмотр ультра-точных атомных часов, чтобы установить универсальное координированное время (UTC), по которому все страны на планете настраивают свои часы, должны были добавлять дополнительную секунду в год, чтобы астрономические и атомные часы совпали . Однако теперь вместо того, чтобы добавлять вторую, им, возможно, придется вычесть ее.

Это связано с тем, что средняя продолжительность дня составляет 86400 секунд, но астрономический день в 2021 году будет в среднем на 0,05 миллисекунды короче . В течение года это увеличит задержку атомного времени на 19 миллисекунд. «Вполне возможно, что потребуется отрицательная дополнительная секунда, если скорость вращения Земли будет увеличиваться, но еще слишком рано говорить, произойдет ли это», — сказал физик Питер Уибберли из Великобритании.

Хотя «отрицательная дополнительная секунда» никогда не добавлялась раньше, с 1970-х годов было добавлено в общей сложности 27 «дополнительных секунд» .

Это потому, что на протяжении десятилетий Земле требовалось немногим более 24 часов, чтобы совершить один оборот, но с прошлого года на это потребовалось немного меньше . Например, 19 июля 2020 года день был на 1,4602 миллисекунды короче полных 24 часов — самого короткого дня с момента начала записи.

Эта крошечная трата времени обнаруживается только на атомарном уровне, но имеет далеко идущие последствия.

Каковы последствия?

Спутники и коммуникационное оборудование зависят от согласования реального времени с солнечным временем, которое определяется положением звезд, луны и солнца. Это также может повлиять на все виды других компьютерных систем, которые не готовы к изменениям. Следовательно, так важно сделать вывод, нужно ли вычитать секунду или нет, чтобы исправить это несоответствие показателей. Впервые в истории Международной службе вращения Земли потребуется добавить отрицательную дополнительную секунду, если Земля продолжит вращаться так быстро в 2021 году.

Некоторые ученые из Международного союза электросвязи предполагают, что нам нужно позволить разрыву между астрономическим и атомным временем увеличиваться до тех пор, пока не потребуется добавить « високосный час » , который минимизирует перебои в телекоммуникациях.

Источник