زمین در حال حاضر سریعتر از 50 سال پیش می‌چرخد!!

جبران زمان از دست رفته ممکن است برای دانشمندان چالش‌برانگیز باشد.

janez volmajer/Shutterstock

آیا تا به حال احساس کرده‌اید که زمان کافی در هنگام روز برای کارهای شما وجود ندارد؟ زمین سریعتر از نیم قرن گذشته در حال چرخش است و در نتیجه روزهای ما بسیار کوتاهتر از آن چیزی است که عادت کرده‌ایم و در حالی که این یک تفاوت بی‌نهایت کوچک است، اما برای فیزیکدانان، برنامه نویسان کامپیوتر و حتی دلالان سهام به دردسر بزرگی تبدیل شده است.

چرا زمین می‌چرخد؟!

منظومه شمسی ما حدود 4.5 بیلیون سال پیش، زمانی شکل گرفت که یک ابر متراکم از غبار و گاز بین ستاره‌ای به درون خود فرو ریخت و شروع به چرخش کرد. پیتر ویبرلی، دانشمند تحقیقاتی ارشد در آزمایشگاه ملی فیزیک انگلستان توضیح می‌دهد که بقایای این حرکت اصلی در چرخش فعلی سیاره ما وجود دارد، به لطف تکانه زاویه‌ای – اساسا، “تمایل بدنی که در حال چرخش است، به چرخش ادامه می‌دهد تا زمانی که چیزی فعالانه تلاش کند آن را متوقف کند.”

به لطف آن حرکت زاویه‌ای، سیاره ما بیلیونها سال است که می‌چرخد ​​و شب و روز را تجربه می‌کنیم. اما همیشه با سرعت یکسانی نچرخیده است.

صدها میلیون سال پیش، زمین حدود 420 چرخش در مدت زمان لازم برای چرخش به دور خورشید انجام داد. با بررسی خطوط رشد روی مرجان‌های فسیلی، می‌توانیم شواهدی را ببینیم که چگونه هر سال مملو از روزهای اضافی بود. اگرچه روزها به تدریج در طول زمان طولانی‌تر شده‌اند (تا حدی به دلیل نحوه حرکت ماه به سمت اقیانوس‌های زمین، که کمی سرعت ما را کاهش می‌دهد)، در حین تماشای بشر، ما حدود 24 ساعت برای یک چرخش کامل ثابت نگه داشته‌ایم – که حدود 365 چرخش در هر سفر به دور خورشید را شامل می‌شود.

با این حال، همانطور که دانشمندان در مشاهده چرخش زمین و پیگیری زمان پیشرفت کرده‌اند، متوجه شده‌اند که ما نوسانات کمی را در مدت زمان لازم برای انجام یک چرخش کامل تجربه می‌کنیم.

روشی جدید برای ردیابی زمان

در دهه 1950، دانشمندان ساعت‌های اتمی را ساختند که زمان را براساس نحوه سقوط الکترون‌های اتم‌های سزیم از حالت پرانرژی و برانگیختگی به حالت عادی خود نگه می‌داشتند. از آنجایی که دوره‌های ساعت‌های اتمی توسط این رفتار اتمی تغییرناپذیر ایجاد می‌شوند، آن‌ها در اثر تغییرات بیرونی ساعت‌های سنتی تغییر نمی‌کردند.

با این حال، در طول سال‌ها، دانشمندان متوجه یک مشکل شدند: ساعت‌های اتمی ثابت و بی‌نظیر، اندکی تغییر می‌کردند.

جودا لوین، فیزیکدان بخش موسسه ملی استاندارد و فناوری می‌گوید: «با گذشت زمان، بین زمان ساعتهای اتمی و زمان اندازه‌گیری شده توسط ستاره‌شناسی، یعنی با موقعیت زمین یا ماه و ستارگان، واگرایی تدریجی وجود دارد.. اساساً، یک سال ثبت شده توسط ساعتهای اتمی کمی سریعتر از همان سال محاسبه شده از حرکت زمین بود. لوین می‌گوید: «برای اینکه این واگرایی بیش از حد بزرگ نشود، در سال 1972 تصمیم گرفته شد که به صورت دوره‌ای ثانیه‌های کبیسه به ساعت‌های اتمی اضافه شود.

ثانیه‌های کبیسه کمی مانند روزهای کبیسه‌ای عمل می‌کنند که هر چهار سال یک‌بار تا پایان فوریه به آن‌ها می‌پردازیم تا این واقعیت را جبران کنیم که واقعاً حدود 365.25 روز طول می‌کشد تا زمین به دور خورشید بچرخد. اما بر خلاف سال‌های کبیسه که هر چهار سال یک‌بار به‌طور پیوسته می‌آیند، ثانیه‌های کبیسه غیرقابل پیش‌بینی هستند.

سرویس بین‌المللی چرخش زمین و سیستم‌های مرجع با ارسال پرتوهای لیزری به ماهواره‌ها برای اندازه‌گیری حرکت آن‌ها، همراه با تکنیک‌های دیگر، سرعت چرخش سیاره را بررسی می‌کند. هنگامی که زمان ترسیم شده توسط حرکت زمین به یک ثانیه با زمان اندازه گیری شده توسط ساعت های اتمی نزدیک می شود، دانشمندان در سراسر جهان هماهنگ می‌شوند تا ساعت‌های اتمی را دقیقاً برای یک ثانیه در ساعت 11:59:59 بعدازظهر 30 ژوئن یا 31 دسامبر متوقف کنند. به ساعت‌های نجومی اجازه می‌دهد تا یک ثانیه جهشی به عقب بروند.

تغییر غیرمنتظره

از زمانی که اولین ثانیه کبیسه در سال 1972 اضافه شد، دانشمندان هر چند سال یک بار ثانیه‌های کبیسه را اضافه کردند. آنها به طور نامنظم اضافه می‌شوند زیرا چرخش زمین نامنظم است، با دوره‌های متناوب از افزایش و کاهش سرعت که کاهش تدریجی میلیون‌ها سال سیاره را قطع می‌کند.

نرخ چرخش زمین یک تجارت پیچیده است. لوین می‌گوید، این امر به تبادل تکانه زاویه‌ای بین زمین و جو و تأثیرات اقیانوس و تأثیر ماه مربوط می‌شود. “شما نمی‌توانید پیش بینی کنید که در آینده چه اتفاقی می‌افتد.”

اما در حدود یک دهه گذشته، سرعت چرخش زمین… کند شده است. از سال 2016 یک ثانیه کبیسه اضافه نشده است و سیاره ما در حال حاضر سریعتر از نیم قرن گذشته می‌چرخد. دانشمندان مطمئن نیستند که چرا این اتفاق می‌افتد.

لوین می‌گوید: «این عدم نیاز به ثانیه های کبیسه پیش بینی نشده بود. در واقع فرض بر این بود که زمین به کند شدن ادامه می‌دهد و ثانیه‌های کبیسه همچنان موردنیاز خواهد بود و بنابراین این نتیجه، بسیار شگفت‌انگیز است.

مشکل با ثانیه‌های کبیسه

بسته به سرعت چرخش زمین و مدت زمانی که این روند ادامه دارد، دانشمندان ممکن است مجبور به اقدامی باشند. ویبرلی می‌گوید: «در حال حاضر این نگرانی وجود دارد که اگر سرعت چرخش زمین بیشتر شود، ممکن است نیاز داشته باشیم که یک ثانیه کبیسه منفی نامیده ‌شود. به عبارت دیگر، به جای قرار دادن یک ثانیه اضافی برای رسیدن به زمین، باید یک ثانیه را از مقیاس زمانی اتمی کسر کنیم تا آن را به حالت زمین بازگردانیم.

اما یک ثانیه جهشی منفی، دانشمندان را با مجموعه‌ای کاملاً جدید از چالش‌ها مواجه می‌کند. ویبرلی می‌افزاید: «پیش از این هرگز یک جهش منفی وجود نداشته است و نگرانی این است که نرم‌افزاری که باید آن‌ها را کنترل کند که قبلاً هرگز به صورت عملیاتی آزمایش نشده است.

چه یک ثانیه کبیسه معمولی و چه یک ثانیه کبیسه منفی، در واقع، این تغییرات کوچک می‌تواند دردسر بزرگی برای صنایع مختلف از مخابرات گرفته تا سیستم های ناوبری باشد، به این دلیل که ثانیه‌های کبیسه با زمان به گونه‌ای مداخله می‌کنند که رایانه‌ها برای رسیدگی به آن آمادگی ندارند.

لوین می‌گوید: «ستون اصلی اینترنت این است که زمان پیوسته است. هنگامی که یک تغذیه مداوم و مداوم از اطلاعات وجود نداشته باشد، همه چیز از هم می‌پاشد. تکرار یک ثانیه یا پرش از روی آن کل سیستم را از بین می‌برد و می‌تواند باعث ایجاد شکاف در آنچه باشد که قرار است جریان ثابتی از داده باشد. ثانیه‌های کبیسه همچنین چالشی برای صنعت مالی است، جایی که هر تراکنش باید مهر زمانی منحصر به فرد خود را داشته باشد – یک مشکل بالقوه زمانی که آن 23:59:59 ثانیه تکرار شود.

برخی از شرکت‌ها به دنبال راه‌حل‌های خود برای چند ثانیه جهش هستند، مانند اسمیر گوگل. گوگل به جای اینکه ساعت را متوقف کند تا زمین به زمان اتمی برسد، هر ثانیه را در روز دوم کبیسه کمی طولانی‌تر می‌کند. لوین می‌گوید: «این راهی برای انجام آن است، اما با استانداردهای بین‌المللی برای نحوه تعریف زمان مطابقت ندارد.»

زمان به عنوان یک ابزار

با این حال، در طرح کلان، ما در مورد زمان بسیار کمی صحبت می‌کنیم: فقط یک ثانیه در هر دو سال. شما ثانیه‌های کبیسه زیادی را زندگی کرده‌اید و احتمالاً حتی از آنها آگاه نبوده‌اید و اگر زمان را به عنوان ابزاری برای اندازه‌گیری چیزهایی که در دنیای اطراف خود می‌بینیم، مانند انتقال از یک روز به روز دیگر در نظر بگیریم، در این صورت باید برای دنبال کردن زمان تعیین‌شده توسط حرکت زمین به جای الکترون‌ها، استدلال کرد. در یک ساعت اتمی – مهم نیست چقدر دقیق هستند.

لوین می‌گوید فکر می‌کند که ثانیه‌های کبیسه ممکن است ارزش دردسری را نداشته باشند که ایجاد می‌کنند: “نظر خصوصی من این است که درمان بدتر از بیماری است.” اگر تنظیم ساعت‌هایمان را برای محاسبه ثانیه‌های کبیسه متوقف کنیم، ممکن است یک قرن طول بکشد تا حتی یک دقیقه از زمان «واقعی» ثبت شده توسط ساعت‌های اتمی فاصله بگیریم.

با این حال، او اذعان می‌کند که اگرچه درست است که زمان فقط یک سازه است، تلاشی قطعی انسانی برای درک تجربیات ما در یک جهان بزرگ و عجیب، «همچنین درست است که شما این ایده را دارید که در ساعت 12 ظهر، خورشید بالای سر است و بنابراین شما، اگرچه اغلب به آن فکر نمی‌کنید، پیوندی با زمان نجومی دارید.» ثانیه‌های کبیسه فقط یک راه کوچک و تقریبا نامرئی برای زنده نگه داشتن آن پیوند است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Earth Is spinning faster now than it was 50 years ago

Compensating for the lost time may prove challenging for scientists.

By Kate Golembiewski  |  Published: Wednesday, February 2, 2022

https://astronomy.com/news/2022/02/earth-is-spinning-faster-now-than-it-was-50-years-ago