Topniejący lód polarny może spowalniać obrót Ziemi i zakłócać sposób mierzenia czasu

Być może zegary będą musiały przeskoczyć sekundę – zwaną „ujemną sekundą przestępną” – około 2029 roku.

W ciągu najbliższych kilku lat wszyscy na Ziemi stracą sekundę czasu, ale dokładnie wtedy, gdy to się stanie, nastąpi wpływ zmian klimatycznych powodowanych przez człowieka.

Po raz pierwszy w historii światowi mierzący czas będą musieli za kilka lat rozważyć odjęcie sekundy od naszych zegarów, ponieważ planeta obraca się odrobinę szybciej niż kiedyś.

Z badania opublikowanego w czasopiśmie Nature wynika, że ​​zegary będą musiały przeskoczyć sekundę – zwaną „ujemną sekundą przestępną” – około 2029 roku.

Jednak gdyby nie globalne ocieplenie, ta zmiana czasu prawdopodobnie nastąpiłaby trzy lata wcześniej, w 2026 r.

„To bezprecedensowa sytuacja i wielka sprawa” – powiedział główny autor badania Duncan Agnew, geofizyk w Instytucie Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

„Nie jest to ogromna zmiana w rotacji Ziemi, która doprowadzi do jakiejś katastrofy czy czegoś takiego, ale jest to coś godnego uwagi. To kolejna wskazówka, że ​​żyjemy w bardzo niezwykłym czasie”.

Jak globalne ocieplenie wpływa na pomiar czasu?

Z badania wynika, że ​​ujemna sekunda przestępna musiałaby nadejść wcześniej, gdyby nie globalne ocieplenie.

„Zmierzamy w stronę ujemnej sekundy przestępnej” – powiedział Dennis McCarthy, emerytowany dyrektor ds. czasu w Obserwatorium Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych, który nie brał udziału w badaniu. „To kwestia kiedy”.

Ziemia przyspiesza, ponieważ jej gorące, płynne jądro – „duża kula stopionego płynu” – działa w nieprzewidywalny sposób, powodując zmienne wiry i przepływy, powiedział Agnew.

Dodaje, że jądro powoduje przyspieszenie od około 50 lat, ale szybkie topnienie lodu na biegunach od 1990 r. maskowało ten efekt.

Topnienie lodu na obu biegunach Ziemi w wyniku zmian klimatycznych wywołanych działalnością człowieka nieznacznie spowolniło rotację planety. Mniej stałego lodu na północy i południu, a wynikająca z tego woda roztopowa podnosząca poziom mórz, przesuwa masę planety w stronę równika.

Spowalnia to rotację, podobnie jak kręcąca się łyżwiarka zwalnia, gdy wyciąga ręce na boki, powiedział Agnew.

Według jego obliczeń, gdyby nie efekt topnienia lodu, Ziemia potrzebowałaby ujemnej sekundy przestępnej w 2026 r., a nie w 2029 r.

Jak mierzymy czas?

Globalne mierzenie czasu to skomplikowana sytuacja, która obejmuje fizykę, globalną politykę władzy, zmiany klimatyczne, technologię i dwa rodzaje czasu.

Ziemia obraca się w ciągu około 24 godzin, ale kluczowym słowem jest około.

Od tysięcy lat Ziemia ogólnie spowalnia, a tempo zmienia się od czasu do czasu, twierdzą Agnew i Judah Levine, fizyk pracujący w dziale czasu i częstotliwości Narodowego Instytutu Standardów i Technologii.

Spowolnienie jest spowodowane głównie pływami, które są spowodowane przyciąganiem Księżyca, powiedział McCarthy.

Nie miało to znaczenia, dopóki zegary atomowe nie zostały przyjęte jako oficjalny standard czasu ponad 55 lat temu. Te nie zwolniły.

W ten sposób ustalono dwie wersje czasu – astronomiczną i atomową – które do siebie nie pasowały. Czas astronomiczny każdego dnia opóźniał się w stosunku do czasu atomowego o 2,5 milisekundy. Oznaczało to, że zegar atomowy wskazywałby północ, a dla Ziemi była północ ułamek sekundy później, powiedział Agnew.

Co kilka lat te codzienne ułamki sekund sumowały się do całych sekund.

Począwszy od 1972 roku międzynarodowi mierzący czas postanowili dodać „sekundę przestępną” w czerwcu lub grudniu, aby czas astronomiczny dogonił czas atomowy, zwany uniwersalnym czasem koordynowanym (UTC). Zamiast 11:59 i 59 sekund wskazujących północ, pojawiłaby się kolejna sekunda o 11:59 i 60 sekundach.

Ujemna sekunda przestępna biegnie od 11:59 i 58 sekund bezpośrednio do północy, z pominięciem 11:59:59.

W latach 1972–2016 dodano 27 oddzielnych sekund przestępnych, gdy Ziemia zwalniała. Jednak tempo zwalniania malało.

„W 2016, 2017, a może 2018 tempo spowolnienia spadło do tego stopnia, że ​​Ziemia faktycznie przyspieszyła” – powiedział Levine.

Czy potrzebne są te drobne korekty czasowe?

Przez dziesięciolecia astronomowie odmierzali czas uniwersalny i astronomiczny za pomocą tych poręcznych małych sekund przestępnych.

Jednak operatorzy systemów komputerowych stwierdzili, że wprowadzenie tych dodatków nie jest łatwe w przypadku całej precyzyjnej technologii, na której opiera się obecnie świat. Eksperci twierdzą, że w 2012 r. niektóre systemy komputerowe niewłaściwie obsługiwały sekundę przestępną, powodując problemy dla Reddit, Linux, Qantas Airlines i innych.

„Jaka jest potrzeba tej korekty w czasie, skoro powoduje tyle problemów?” – powiedział McCarthy.

Jednak rosyjski system satelitarny opiera się na czasie astronomicznym, więc wyeliminowanie sekund przestępnych spowodowałoby dla nich problemy, twierdzą Agnew i McCarthy. Astronomowie i inni chcieli zachować system, który dodawałby sekundę przestępną, gdy różnica między czasem atomowym i astronomicznym zbliżałaby się do sekundy.

W 2022 roku światowi chronometrażyści zdecydowali, że począwszy od lat 30. XXI wieku zmienią standardy wstawiania i usuwania sekundy przestępnej, zmniejszając tym samym prawdopodobieństwo.

Levine powiedział, że firmy technologiczne, takie jak Google i Amazon jednostronnie wprowadziły własne rozwiązania problemu sekundy przestępnej, stopniowo dodając ułamki sekundy w ciągu całego dnia.

„Walki są tak poważne, ponieważ stawka jest tak mała” – powiedział Levine.

Następnie dodaj „dziwny” efekt odejmowania, a nie dodawania sekundy przestępnej, powiedział Agnew. Prawdopodobnie trudniej będzie pominąć sekundę, ponieważ programy zaprojektowano tak, aby dodawać, a nie odejmować czas, powiedział McCarthy.

McCarthy powiedział, że tendencja do stosowania ujemnej sekundy przestępnej jest wyraźna, ale jego zdaniem ma to raczej związek z faktem, że Ziemia staje się bardziej okrągła w wyniku zmian geologicznych, jakie nastąpiły od końca ostatniej epoki lodowcowej.

Trzej inni naukowcy zewnętrzni uznali, że badanie Agnewa ma sens i uznali jego dowody za przekonujące.

Levine nie uważa jednak, że ujemna sekunda przestępna będzie naprawdę potrzebna. Powiedział, że ogólny trend spowalniania powodowany przez pływy występuje od wieków i trwa nadal, ale krótsze trendy w jądrze Ziemi przychodzą i odchodzą.

„To nie jest proces, w którym przeszłość jest dobrą przepowiednią przyszłości” – powiedział Levine. „Każdy, kto prognozuje przyszłość w perspektywie długoterminowej, stoi na bardzo, bardzo niepewnym gruncie”.