Земля вращается вокруг своей оси неравномерно, то замедляясь, то ускоряясь, также меняется угол наклона этого вращения. На эти процессы влияет множество факторов — от антропогенных до космических. При этом каждое изменение скорости или наклона вращения планеты вызывает ряд климатических и иных событий, включая расхождения между астрономическим и точным временем. Об этом в интервью RT рассказала доктор физико-математических наук, заместитель директора Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) Наталья Безаева. Специалист также объяснила, почему таяние ледников может изменить скорость вращения Земли.
— Ранее несколько научных коллективов, проводивших исследования на протяжении последних лет, пришли к выводу, что таяние ледников способно изменить скорость вращения Земли вокруг Солнца, также оно меняет угол наклона вращения планеты. Правда ли, что есть такая тенденция и за счёт каких физических эффектов это происходит?
— Один из базовых законов классической механики — закон сохранения момента импульса физического тела либо же системы тел. Земля — это физическое тело, масса и скорость вращения которого определяют величину момента импульса, а наклон оси Земли — его направление.
При таянии ледников в Арктике и Антарктике, то есть в местах, близких к оси вращения Земли, растаявшая вода под воздействием течений и центробежной силы начинает перемещаться ближе к экватору Земли, дальше от оси вращения Земли. Это может замедлить скорость вращения планеты. Приведу известную аналогию: когда стремительно вращающийся фигурист резко раскидывает руки в стороны, скорость его вращения сразу же падает.
С углом наклона ситуация немного другая. Ось вращения физического тела проходит вдоль центра его массы. Если центр массы сместился, то и угол наклона может измениться. Поэтому угол наклона оси Земли может измениться при перемещении значительных масс, например полезных ископаемых, из одной точки планеты в другую, а также в результате климатических и атмосферных явлений — ветров и ураганов.
— Как учёные отслеживают вращение Земли, при помощи каких инструментов?
— Расчётами и отслеживанием параметров движения небесных тел занимается отдельный раздел астрономии — астрометрия. Она использует стандартный набор астрономических инструментов: телескопы на разных физических принципах, спектрометры и т. д. Основные вычисления привязаны к астрономическим наблюдениям. Организационно этим занимается астрометрическая служба Международной службы вращения Земли (IERS).
Для точного измерения времени используется цезиевый стандарт, где за секунду считается точное количество периодов колебаний электромагнитного излучения между двумя атомными уровнями цезия-133. Очень точные данные скорости вращения и угла наклона оси Земли получают с помощью специальных кольцевых лазеров. Однако эти измерения пока не стандартизованы.
— От каких ещё факторов зависит характер вращения Земли? Например, как на траекторию земной орбиты, угол и скорость влияют другие небесные тела? Ранее, к примеру, сообщалось, что в периодическом изменении орбиты Земли играют роль Юпитер и Венера. Могут ли также повлиять сейсмические и атмосферные явления?
— На параметры вращения Земли могут влиять буквально любые процессы на планете — от перемещения полезных ископаемых и вулканической активности до перехода воды из одного агрегатного состояния в другое. Однако все эти процессы оказывают очень слабое влияние, потому что речь идёт о незначительных массах по сравнению с массой Земли.
А вот другие небесные тела воздействуют своей гравитацией на орбиту Земли достаточно сильно, при этом не влияя на угол и скорость вращения нашей планеты вокруг оси.
— Согласно ранее проведённым исследованиям, на угол наклона вращения Земли оказало влияние выкачивание человеком подземных вод, хотя изменение было и не очень большое. Насколько в целом сильно антропогенное влияние на угол и скорость вращения Земли, учитывая и климатические аспекты?
— Как я сказала ранее, любое перемещение масс вещества на Земле, включая подъём воды из подземных источников на поверхность, влияет на скорость вращения планеты. Однако если говорить именно о влиянии человека, то роль антропогенного фактора сильно преувеличена. Человек своей деятельностью если и влияет на параметры вращения Земли, то очень незначительно. Например, климатические процессы способны оказать намного более выраженное воздействие. Можно предположить, что глобальное похолодание, приводящее к оледенению полюсов, ускоряет вращение планеты вокруг своей оси, а потепление замедляет.
— Сообщалось, что в последние годы Земля вращается вокруг своей оси аномально быстро. Что в данном случае имеют в виду учёные, почему ожидалось, что планета будет крутиться медленнее? И почему движение ускорилось, есть ли гипотезы?
— Это не первое подобное изменение скорости в истории наблюдений. Так, примерно с 1930-х годов учёные сначала фиксировали замедление вращения планеты вокруг своей оси, затем, в 1970-х, тенденция сменилась на ускорение. С чем связаны эти перемены — пока неизвестно. Наиболее правдоподобные гипотезы объясняют это явление изменениями в механике твёрдого ядра планеты.
Мы бы и не заметили этих колебаний, если бы продолжали измерять время как в старину — просто по суточным и годовым циклам. Однако с появлением атомных часов, цезиевого стандарта, по мере замедления вращения Земли начали накапливаться «лишние» високосные секунды, которые время от времени прибавляются к текущему мировому времени.
— Как изменение скорости вращения Земли может сказаться на геологических, сейсмических и климатических процессах, а также на крупных океанических течениях, таких как Эль-Ниньо?
— На геологические процессы изменение скорости вращения Земли воздействует опосредованно — через погоду, атмосферные явления и водные течения, которые приносят разного рода осадки, из которых далее формируются в том числе осадочные породы.
Любое изменение скорости вращения Земли приводит к изменениям океанических течений. Согласно исследованию американских учёных, над поверхностью тёплых вод течения Эль-Ниньо возникают сильные западные ветры, которые, в свою очередь, замедляют скорость вращения Земли. Это происходит в силу основного физического закона, о котором я говорила в начале, — закона сохранения момента импульса тела, в данном случае момента импульса нашей планеты.
Что касается климата, то для наглядности давайте мы рассмотрим крайний случай: Земля не вращается и повёрнута к Солнцу всегда одной стороной. Тогда на освещённой стороне будет выжженная пустыня, а на теневой — полностью замёрзший мир. Это, конечно же, приведёт к катастрофическим климатическим процессам и атмосферным бурям на границах зон тепла и холода. Разумеется, это невозможно, поскольку Земля вращается вокруг своей оси, но даже небольшие изменения во вращении сильно влияют на климат.
— Изменениям подвержено не только вращение Земли вокруг своей оси, но и Земли вокруг Солнца. Так, известны циклы Миланковича, которые повторяются регулярно и влияют на климат на планете. Какие изменения в перспективе могут произойти с нашей планетой?
— Расположение планет вокруг Солнца на определённых орбитах пока не имеет правдоподобного и проверяемого научного объяснения. Учёные могут лишь констатировать фактическое состояние расположения и движения планет, накапливать экспериментальные данные и фиксировать выявленные закономерности, такие как циклы Миланковича.
Поэтому можно лишь предположить, что масса Земли будет со временем увеличиваться за счёт метеоритного потока и стягивания на себя вещества Луны. Так, ежегодно происходит какое-то добавление массы нашей планеты за счёт потока микрометеоритов и метеоритов.
Если планета сильно отдалится от Солнца при сохранении скорости перемещения по орбите, то год увеличится, а если Земля сохранит свою орбиту, то ей необходимо будет ускориться в движении по ней — и год уменьшится.
— Может ли Земля сойти с орбиты? Какова вероятность такого события?
— Может, но сход планеты с орбиты является воображаемым событием, его невозможно научно предсказать. Причиной, предположительно, может стать однонаправленный взрыв внутри Земли, на её поверхности или прямое столкновение с другим небесным телом. Стоит отметить, что на сегодняшний день целый ряд учёных занимаются темой астероидно-кометной опасности, обнаружением и отслеживанием потенциально опасных небесных тел, а также разработкой стратегии противодействия такой опасности.
