Архивная публикация 2005 года: "Тормоза Земли"

Базирующаяся в Париже Международная служба вращения Земли IERS (International Earth Rotation Service) объявила, что к 2005 году будет добавлена целая секунда. Она возникнет между 31 декабря 2005 года и 1 января 2006 года. Просто в 23 часа 59 минут 59 секунд появится отметка — 23 часа 59 минут 60 секунд, а потом уже — 0 часов 0 минут 0 секунд. Если бы этой прибавки не было, то после отметки 59 секунд сразу же появились бы все три нуля. Это первая с 1999 года годичная «прибавка», которая свидетельствует о небольшом замедлении вращения Земли после многих лет ускорения.Природа этого явления до конца не ясна. Но это ничуть не умаляет его значения для навигации, при составлении моделей океанов и атмосферы, для верного прогнозирования погоды, для расчета полетов космических кораб лей, в решении проблем геофизики и определения точного времени.

Земля всегда вращалась неравномерно. Ученые утверждают, что наибольшая скорость наблюдалась около 1870 года, когда длительность земных суток была на 0,003 секунды короче эталонных (86 400 секунд), а наименьшая — около 1903 года. Тогда земные сутки были длиннее эталонных на 0,004 секунды.

Первый, кто засомневался в постоянстве вращения нашей планеты, — выдающийся английский астроном Эдмунд Галлей, который открыл в 1695 году вековое ускорение движения Луны. А мысль о замедлении вращения Земли под действием приливного трения впервые пришла в голову Иммануилу Канту в 1755 году. Спустя столетие появились свидетельства нерегулярного движения географических полюсов, и за вращением Земли как главным мерилом времени во всех обсерваториях мира установили постоянную слежку.

Время определяли и хранили в часах. Сначала механических, в работу которых постоянно нужно было вносить поправки, потом электронных кварцевых, основанных на достаточно однородных колебаниях кристаллов кварца. Но революционный прорыв в измерении времени случился только в середине прошлого века с введением атомных часов. Их принцип — это накачка атомов в вакуумной камере энергией, которую потом они отдают в виде колебаний частиц, регистрируемых в виде импульсов невероятной точности. Самым распространенным стал водородный стандарт. Он был принят в том числе в СССР.

Точность внутриатомных колебаний оказалась так высока, что с конца 50-х годов во всем мире было решено перейти к атомному эталону. У многих государств, таких как Россия, США, Англия, Франция, Италия, Швейцария, он свой. С помощью современной спутниковой связи страны обмениваются данными о времени, полученными с помощью разных эталонов со своих станций. В результате американцы создали глобальную позиционную систему GPS, которая осуществляет сличение работы большого количества станций со всего мира. В России существует аналогичная глобальная навигационная спутниковая система «ГЛОНАС», но что она «умеет», пока остается тайной за семью печатями даже на родине. А за рубежом — тем более.

Как фигуристка

Международная служба вращения Земли использует добавочные секунды с 1972 года, причем за три десятилетия календарь корректировали 22 раза. Но шесть последних лет никаких изменений в него не вносилось. Между тем вращение нашей планеты начало замедляться еще в 1935 году, так что постоянными «прибавками» с 1972 по 1999 год IERS, что называется, наверстывала упущенное. На самом деле в природе происходил обратный процесс. «Ускорение, возникшее в 1973 году, вероятно, еще не закончилось и продлится до 2005—2010 годов», — считает доктор физико-математических наук Николай Сидоренков (Гидрометцентр РФ).

А начальник Отдела службы времени Государственного астрономического института им. Штернберга Евгений Федосеев и вовсе подвергает сомнению недавнее заявление IERS: «Они добавляют время, когда скорость вращения Земли замедляется и «набегает» по крайней мере 0,7 секунды. Но их же собственный прогноз на август — всего 0,59 секунды. Может статься, в конце года они нынешнее свое решение вовсе отменят». Проблема в том, что на скорость вращения нашей планеты влияет масса факторов, и ученым трудно рассчитать конечный результат. Хотя общий принцип уже понятен: ускорением и замедлением движения вокруг собственной оси Земля обязана перераспределению своей массы. Кто-то сравнил это с действиями фигуристки на льду: если во время выполнения фигуры вращения она вытянет руки вдоль туловища, то непременно начнет крутиться намного быстрее.

Точно так же «поступает» Земля, потому что в течение года огромные объемы воздуха и влаги (вода, снег и лед) перераспределяются между материками и океанами, а также между Северным и Южным полушариями. Ученые выяснили: в январе масса воздуха над Евразией на 6х1015 кг больше, чем в июле. От января к июлю из Северного полушария в Южное переносится 4х1015 кг воздуха. Наверняка и глобальное изменение климата влияет на периодичность замедления-ускорения вращения Земли. «Я тут прикинул грубо, — поделился Евгений Федосеев. — Если растают льды Арктики и Антарктики, то соответствующее поднятие уровня Мирового океана спровоцирует увеличение каждых суток на целую секунду».

Скорость вращения Земли вокруг своей оси зависит и от Луны с ее мощным влиянием на приливы, и от всяких катаклизмов — землетрясений, цунами, Эль-Ниньо и даже от такого эфемерного явления, как ветры. Именно ветры тормозят нашу планету, создавая силы трения о подстилающую поверхность и силы давления на горные хребты. То есть Земле мешает буквально все. Но, как изрек Галилей, все-таки она вертится.

Свист времени

В Службе времени ГАИШ Время хранится буквально в каждом приборе, даже если он антикварный и давно не работает. Стоят у дверей как привратники так называемые часы Носова, которые служили часами-хранителями практически с октября 1919 года, когда состоялось объединение астрономических кафедр Московских высших женских курсов с астрономической обсерваторией МГУ. Конечно, уже без гирь, конечно, уже не ходят. А рядом — новехонький компьютеризированный хронограф GPS, который с легкостью выдает сигналы Всемирного времени с точностью до десятитысячных долей секунды.

Но самым «быстрым» секундомером на сегодняшний день является совместное изобретение Ференца Крауза из Технического университета Вены и его коллеги из института квантовой оптики Макса Планка. «Наша цель состояла в том, чтобы проследить движение электронов в атомах в режиме реального времени», — пояснял Крауз. Ученые использовали источник ультрафиолетового излучения, позволяющий получать импульсы, которые длятся 250 аттосекунд (1 ас = 10—18 с). Импульс возбуждал атомы, которые, в свою очередь, испускали электроны. Именно с помощью данного секундомера был измерен наименьший временной интервал. Выяснилось, что один миг длится всего 0,0000000000000001 секунды.

Но чтобы услышать Время, стоит прибегнуть к услугам нового устройства для измерения скорости вращения Земли, разработанного учеными Калифорнийского университета в Беркли. Оно представляет собой контейнер с гелием, который охлажден до температуры в миллион раз ниже комнатной. В таких условиях газ переходит в сверхжидкую форму и, взаимодействуя с магнитным полем Земли, издает свист, его громкость зависит от ориентации устройства относительно Северного полюса. Земля вращается с переменным успехом, а гелий знай себе свистит — то как Соловей-разбойник, то как закипающий чайник, то как разгневанный гаишник.

В мире полно любителей реформировать время, точнее, придумывать отличные от официальных календари. И у каждого находятся свои доводы в пользу своего детища. Вот и профессор Ричард Конн Генри из департамента физики и астрономии Университета Джона Хопкинса (Балтимор, США) агитирует за новую систему отсчета времени, удобство которой заключается в четкой фиксации дней недели и чисел календаря. Почему-то изобретателю кажется, что всем будет легче планировать свои дела, отпуск, расписание работы фирм, если 1 января всегда будет приходиться, например, на воскресенье. Так и будет, если мир примет систему «Общий гражданский календарь и время», придуманную в 1996 году Бобом Макленоном и скорректированную при помощи компьютерных вычислений профессором Генри. В новом календаре 12-месячный период идентичен тому, что у нас есть сейчас. Каждый месяц будет иметь или 30, или 31 день. В январе будет 30 дней, как и в феврале, апреле, мае, июле, августе, октябре и ноябре. Март, июнь, сентябрь и декабрь будут располагать 31 днем. Ричард Конн Генри торопит человечество. На его взгляд, смену календаря нужно произвести 1 января 2006 года. Эта дата подходит наилучшим образом, потому что первый день года придется на воскресенье в старом и новом календарях одновременно, что создаст «переход без шва». «Только спросите себя, сколько времени и усилий расходуется каждый год ради планирования рабочего календаря каждой отдельной организации во всем мире, и станет очевидно, что мой календарь сделал бы жизнь намного более простой», — считает неугомонный реформатор. Всем же, кто родился в дни, которых не будет в календаре Генри, например 31 января, ученый предлагает перенести свой день рождения на одни сутки назад. Наверное, профессор не суеверен, потому что празднование дня рождения загодя в народе считается дурной приметой сокращения жизни.