Science Advances: Солнце стало причиной того, что земные сутки длятся 24 часа

Вращение Земли постепенно замедляется благодаря взаимодействию с Луной. Два миллиарда лет назад наступила пауза в этих изменениях, длившаяся около миллиарда лет. Новое исследование, которое было опубликовано в Science Advances, не только объясняет это, но и подсчитывает, насколько длинным был бы день, если бы этой паузы никогда не было — и этот ответ довольно интересный.

Физики на протяжении веков понимали, что Луна удаляется от Земли, и это изменение вращательного момента требует замедления вращения Земли, что делает день длиннее. Недавно геологи нашли доказательства, которые позволяют нам измерять продолжительность дня в несколько моментов времени, показывая, насколько сильно произошло замедление.

Вместо устойчивого процесса скорость изменений сместилась, включая длительную паузу. Месяц назад в документе были представлены оценки периода, за который это произошло, и объяснено, почему. Другая команда независимо друг от друга пришла к очень похожим выводам о причинах, хотя и немного по-другому. Однако в своей новой работе они идут дальше и рассчитывают, какой продолжительностью был бы день, если бы замедление не ослабевало. 

Обе команды предлагают объяснение, что Солнце ускоряет вращение Земли, а не замедляет его. На протяжении большей части истории Земли эта сила была намного меньше, чем сила Луны, поэтому чистый эффект заключался в том, что вращение замедлялось почти так же, как под влиянием одной только Луны. Однако в период, который геологи называют «скучным миллиардом», сила Солнца была примерно достаточной, чтобы уравновесить силу Луны.

Луна создает приливную выпуклость в океанах и, в меньшей степени, в атмосфере. Приливы создают трение о дно океана. Луна также притягивает выпуклость, которую она подняла, и, поскольку Луна отстает от вращения Земли, оба эффекта создают сопротивление, замедляя вращение Земли. 

«Солнечный свет также создает атмосферный прилив с такими же выпуклостями», — сказал в своем заявлении автор исследования профессор Норман Мюррей из Университета Торонто. «Солнечная гравитация притягивает эти атмосферные выпуклости, создавая крутящий момент на Земле. Но вместо того, чтобы замедлять вращение Земли, как Луна, она ускоряет его». Луна следует за выпуклостью, таща ее назад, в то время как вращение Земли заставляет Солнце двигаться вперед, притягивая его вперед.

Миллиард лет назад атмосфера была теплее и состояла из разных газов. Был также естественный резонанс в атмосферной системе в течение половины дня. Все это увеличивало силу Солнца, а более короткий день в то время мешал резонансу лунных приливов.

«Это все равно, что качать ребенка на качелях», — сказал Мюррей. «Если ваш толчок и период колебания не синхронизированы, он не будет очень высоким. Но если они синхронизированы, и вы толкаете как раз в тот момент, когда качели останавливаются на одном конце своего пути, толчок будет увеличивать импульс качелей, и они будут двигаться дальше и выше». Проталкивание точного кратного естественного резонанса системы также работает, как это произошло, когда земная атмосфера имела резонанс 10 часов, а продолжительность дня составляла 20 часов.

Если бы не влияние Солнца, большое в период резонанса и малое до и после, сутки удлинились бы с 10 часов, когда сформировалась Земля, до 65 сегодня, подсчитывают авторы.

Если это так, дни будут намного жарче, а ночи намного холоднее. Какой бы чудесной ни была эволюция, сомнительно, что многие виды смогут справиться с такими резкими перепадами температуры. Жизнь на Земле, возможно, не закончилась, но, вероятно, была бы гораздо менее изобильной.

Это далеко не самый неотложный или важный эффект антропогенного потепления, но Мюррей отмечает, что мы сами немного возимся с продолжительностью дня. «По мере того, как мы повышаем температуру Земли из-за глобального потепления, мы также повышаем резонансную частоту — мы удаляем нашу атмосферу от резонанса», — сказал он. «В результате крутящий момент от солнца меньше, и, следовательно, продолжительность дня будет увеличиваться быстрее, чем в противном случае». 

Конечно, чтобы получить разницу более чем в несколько миллисекунд, нам пришлось бы варить планету в течение тысяч лет. Такое сильное нагревание почти наверняка несовместимо с выживанием человеческой цивилизации, крах которой привел бы к прекращению изменений.