Земля вращается быстрее обычного: ученые впервые за историю могут вычесть секунду из всемирного времени

На протяжении большей части истории человечества сутки измерялись по вращению Земли вокруг своей оси. Один полный оборот — одни сутки. Но эта система имела недостаток: скорость вращения планеты не постоянна. Она меняется под влиянием приливов, движений в жидком ядре, ветров, океанских течений и других факторов.

В 1967 году международное сообщество приняло новое определение секунды. Она стала привязана не к вращению Земли, а к частоте излучения атомов цезия-133. Атомные часы оказались чрезвычайно стабильными — они ошибаются менее чем на одну секунду за десятки миллионов лет. Так появилось Международное атомное время (TAI).

Но возникла проблема. Атомное время идеально равномерно, а вращение Земли — нет. Если ничего не делать, через некоторое время атомные часы показывали бы полдень, когда за окном была бы глубокая ночь. Чтобы этого избежать, в 1972 году было создано Всемирное координированное время (UTC). Оно основано на атомных часах, но периодически корректируется, чтобы оставаться в пределах одной секунды от астрономического времени UT1 (которое определяется реальным вращением Земли)

Инструмент такой корректировки — високосная секунда. С 1972 года было добавлено 27 положительных високосных секунд. Последний раз это произошло в 2016 году. Каждый раз в полночь 30 июня или 31 декабря к шкале времени добавлялась одна секунда — после 23:59:59 наступало 23:59:60, и только затем 00:00:00

Земля неожиданно ускорилась

С 2020 года геофизики фиксируют устойчивое ускорение вращения Земли. Это явление противоречит многолетним данным наблюдений, которые демонстрировали постепенное снижение скорости вращения планеты под влиянием гравитационного поля Луны.

5 июля 2024 года случилось небывалое явление: сутки оказались короче обычного. Наша планета совершила оборот вокруг своей оси с неожиданной стремительностью, уложившись в срок, который оказался на 1,66 миллисекунды меньше стандартных 86 400 секунд.

Основная причина ускорения — процессы, происходящие в жидком внешнем ядре планеты. Ядро и твердая мантия обмениваются моментом импульса: когда одна часть ускоряется, другая может замедляться. В последние годы эта динамика сложилась так, что поверхность Земли стала вращаться быстрее.

Глобальное потепление как замедляющий фактор

Парадоксальным образом изменение климата действует в противоположном направлении. Таяние ледников Гренландии и Антарктиды перемещает огромные массы воды с полюсов в сторону экватора. Это увеличивает момент инерции планеты — по тому же принципу, по которому фигурист, разводя руки в стороны, замедляет свое вращение

Геофизик Дункан Агнью из Института океанографии Калифорнийского университета в Сан-Диего объединил десятилетия измерений вращения Земли со спутниковыми данными о таянии ледников. Его расчеты показали, что если бы не таяние льдов, отрицательная високосная секунда потребовалась бы уже в 2026 году.

Однако ледники Гренландии и Антарктиды теряют массу в пять раз быстрее, чем 30 лет назад. Этот процесс настолько значителен, что отодвигает момент, когда потребуется вычитать секунду, как минимум на три года — примерно до 2028-2029 годов.

Отрицательная високосная секунда

До сих пор все 27 високосных секунд, добавленных с 1972 года, были положительными. Это означало, что к шкале времени прибавляли одну секунду. Отрицательная високосная секунда — это противоположная операция: из шкалы времени вычитается одна секунда.

Технически такая корректировка означала бы, что после, например, 23:59:57 следующей секундой становится 00:00:00 следующего дня. Секунда 23:59:58 просто пропускается.

Однако за всю историю атомного времени отрицательная високосная секунда ни разу не применялась. Более того, до последних лет необходимость в ней даже не рассматривалась как реальная. Сейчас, впервые с момента введения системы UTC в 1972 году, учёные столкнулись с ситуацией, когда отрицательная секунда может потребоваться — ориентировочно в 2028-2029 годах.

Почему вычитание секунды опаснее

Для большинства людей разница в секунду незаметна. Но для компьютерных систем и глобальной цифровой инфраструктуры это серьезная проблема.

Глобальные системы — от финансовых бирж до спутниковой навигации и телекоммуникаций — полагаются на единое, непрерывное время. Программное обеспечение, написанное за последние десятилетия, в большинстве своем умеет обрабатывать добавление дополнительной секунды. Однако практически никто не тестировал и не предусматривал сценарий, когда секунда исчезает.

Отрицательная високосная секунда может вызвать сбои в работе систем, которые не ожидают, что время может «пойти назад». Специалисты предупреждают: есть вероятность около 30 процентов, что отрицательная високосная секунда вызовет массовые отказы IT-систем по всему миру.

Крупные технологические компании уже давно ищут способы защитить свои системы от сбоев, связанных с високосными секундами. Некоторые из них внедрили технику «размытия» (leap smearing). Вместо того чтобы добавлять или удалять секунду мгновенно, они растягивают эту корректировку на длительный период — например, на 17 часов, постепенно ускоряя или замедляя ход своих часов на микросекунды.

Однако эта техника имеет ограничения. Если для положительной високосной секунды «размытие» работает, то для отрицательной оно представляет дополнительные сложности. Чтобы «стереть» лишнюю секунду, системные часы должны начать идти быстрее реальных, постепенно уходя вперед, чтобы затем «догнать» правильное время. На практике реализовать алгоритм, который заставляет часы идти быстрее, не нарушая работу других внутренних процессов, гораздо сложнее

Международное решение: отказ от високосных секунд

На Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM), которая состоялась в 2022 году, было принято знаменательное решение — к 2035 году прекратить практику корректировки времени с помощью високосных секунд. Такие корректировки создавали определённые проблемы, что и стало причиной данного решения.

С 2035 года (или, возможно, раньше) UTC перестанут корректировать для согласования с вращением Земли. Астрономическое время UT1 будет постепенно расходиться с атомным. По оценкам, к концу столетия расхождение составит около одной минуты. Технологические компании активно лоббировали это решение. Однако решение было не единогласным. Россия проголосовала отодвинуть это решение до 2040 года, поскольку ее спутниковая навигационная система ГЛОНАСС по-прежнему полагается на високосные секунды. России может потребоваться установка новых спутников и наземных станций для перехода на новый режим. Астрономам, использующим UT1 для наведения телескопов, также придется адаптироваться к новым условиям.