Земна доба насправді не триває рівно 24 години — вчені знайшли причину глибоко всередині планети

Ми звикли думати, що доба — це рівно 24 години. Але Земля не працює настільки точно, як годинник. Її обертання постійно трохи змінюється, а причину цих коливань, схоже, потрібно шукати на глибині тисяч кілометрів під нашими ногами.

Різниця здається мізерною — йдеться лише про мілісекунди. Для людини це абсолютно непомітно. Проте сучасні фізичні вимірювання дозволяють фіксувати навіть такі крихітні зміни швидкості обертання планети.

Виявилося, що Земля час від часу обертається трохи швидше або повільніше. Через це одні доби можуть бути на кілька мілісекунд коротшими, а інші — довшими. І справа не лише в тому, що відбувається на поверхні.

Ядро і мантія ніби «обмінюються швидкістю»

Усередині Землі існує складна система взаємодії між її шарами. Рідке зовнішнє ядро може поступово прискорювати своє обертання протягом кількох десятиліть, а потім перейти до протилежної фази й сповільнитися.

Мантія — величезний шар твердої породи завтовшки близько 3000 кілометрів, до якого належить і земна кора, — реагує навпаки. Коли ядро трохи прискорюється, мантія сповільнюється. Коли ядро втрачає швидкість, мантія може трохи прискоритися.

Причина пов’язана із законом збереження кутового моменту. Якщо одна частина планети змінює швидкість обертання, інша має компенсувати цю зміну. А оскільки мантія становить величезну частину маси Землі, навіть крихітна зміна її обертання здатна вплинути на тривалість доби.

Що насправді змушує Землю «підкручувати» або сповільнюватися?

Сам механізм такого обміну довгий час залишався не до кінця зрозумілим. У новому дослідженні, опублікованому 23 вересня в Nature, фізики з Університету Альберти запропонували можливе пояснення. За їхньою моделлю, важливу роль може відігравати внутрішнє ядро Землі — тверда область у самому центрі планети. Оригінал написав Джефф Макмастер

Воно не є ідеальною кулею. Тому зміни його руху можуть змінювати гравітаційну взаємодію між нерівномірно розподіленими масами всередині Землі.

Так виникає те, що фізики називають гравітаційним моментом. Він може трохи впливати на швидкість обертання мантії — а разом із нею змінювати й тривалість земної доби.

Усередині Землі діють сили, які тягнуть у різні боки

Гравітаційний вплив — не єдина сила, яка визначає рух шарів планети. На межі між ядром і мантією діють також сили, пов’язані з тертям та електромагнітною взаємодією. Вони створюють своєрідний опір обертанню.

У результаті швидкість обертання Землі визначається тонким балансом між різними механізмами: гравітаційним впливом внутрішнього ядра та силами на межі ядра й мантії. Саме невеликі зміни цього балансу, за моделлю дослідників, можуть пояснювати спостережувані коливання тривалості доби.

Внутрішнє ядро виявилося не таким «нерухомим», як здається

Найцікавіше в цьому дослідженні — не самі мілісекунди. Розрахунки дослідників вказують, що внутрішнє ядро може в’язко деформуватися на часовому масштабі приблизно десяти років. Це означає, що навіть тверда частина центру Землі може змінювати свою форму під дією внутрішніх сил.

Для планети, яка здається нам майже незмінною, це досить незвичайна картина. Фактично Земля може поводитися як величезна система взаємопов’язаних шарів, де зміни на глибині тисяч кілометрів зрештою проявляються у тому, наскільки довго триває наша доба.

І хоча різниця вимірюється лише мілісекундами, вона відкриває важливе вікно у процеси, які неможливо безпосередньо побачити. Щоб зрозуміти, чому Земля обертається саме так, ученим доводиться буквально читати сигнали з її найглибших надр.