Zašto se Zemlja okreće

Naš Sunčev sustav nastao je prije oko 4,5 milijardi godina, kada se gusti oblak međuzvjezdane prašine i plina srušio na sebe i počeo se vrtjeti. Postoje ostaci ovog izvornog kretanja u trenutnoj rotaciji našeg planeta, zahvaljujući kutnom momentu - u suštini, "tendencija tijela koje se rotira, da nastavi rotirati dok ga nešto aktivno ne pokuša zaustaviti", objašnjava Peter Whibberley, viši znanstveni suradnik u britanskom Nacionalnom fizikalnom laboratoriju.

Zahvaljujući tom kutnom momentu, naš planet se vrti milijardama godina i doživljavamo noć i dan. Ali nije se uvijek vrtio istom brzinom.

Prije stotina milijuna godina, Zemlja je napravila oko 420 rotacija u vremenu potrebnom da kruži oko Sunca; možemo vidjeti dokaze o tome kako je svaka godina bila prepuna dodatnih dana ispitivanjem linija rasta na fosilnim koraljima. Iako su se dani s vremenom postupno produžavali (djelomično zbog načina na koji Mjesec vuče Zemljine oceane, što nas malo usporava), tijekom promatranja čovječanstva, držali smo se na oko 24 sata tijekom pune rotacije što u prijevodu znači na oko 365 rotacija po putovanju oko Sunca.

Međutim, kako su znanstvenici napredovali u promatranju Zemljine rotacije i praćenju vremena, shvatili su da doživljavamo male fluktuacije u tome koliko je vremena potrebno za punu rotaciju.

Novi način praćenja vremena

U 1950-ima znanstvenici su razvili atomske satove koji su održavali vrijeme na temelju toga kako elektroni u atomima cezija padaju iz visokoenergetskog, pobuđenog stanja natrag u svoje normalno stanje. Budući da su razdoblja atomskih satova generirana ovim nepromjenjivim atomskim ponašanjem, ne bivaju odbačeni vanjskim promjenama poput temperaturnih pomaka na način na koji tradicionalni satovi mogu.

Tijekom godina, međutim, znanstvenici su uočili problem - nepogrešivo postojani atomski satovi lagano su se pomicali u odnosu na vrijeme koje je držalo ostatak svijeta.

"Kako vrijeme prolazi, dolazi do postupnog odstupanja između vremena atomskih satova i vremena mjerenog astronomijom, odnosno položajem Zemlje ili mjeseca i zvijezda", kaže Judah Levine, fizičar s odjela za vrijeme i frekvenciju Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju. Uglavnom, godina koju bilježe atomski satovi bila je nešto brža od iste godine izračunate iz kretanja Zemlje. "Kako to odstupanje ne bi postalo preveliko, 1972. godine donesena je odluka da se atomskim satovima povremeno dodaju prijestupne sekunde", kaže Levine.

Prijestupne sekunde djeluju poput prijestupnih dana koje svake četiri godine spajamo na kraj veljače kako bismo nadoknadili činjenicu da je Zemlji stvarno potrebno oko 365,25 dana da kruži oko Sunca. No, za razliku od prijestupnih godina, koje stalno dolaze svake četiri godine, prijestupne sekunde su nepredvidive.

Međunarodna služba za rotaciju Zemlje i referentne sustave prati brzinu vrtnje planeta tako što šalje laserske zrake satelitima kako bi izmjerila njihovo kretanje, zajedno s drugim tehnikama. Kada se vrijeme zacrtano Zemljinim kretanjem približi jednoj sekundi nesinhronizirano s vremenom mjerenim atomskim satovima, znanstvenici diljem svijeta koordiniraju promjenu da zaustave atomske satove na točno jednu sekundu, u 23:59:59 30. lipnja ili 31. prosinca, kako bi dopustiti astronomskim satovima da sustignu. "Voila" - preskočna sekunda.

Neočekivana promjena

Otkako je prva prijestupna sekunda dodana 1972. godine, znanstvenici su dodavali prijestupne sekunde svakih nekoliko godina. Dodaju se nepravilno jer je Zemljina rotacija nestalna, s povremenim razdobljima ubrzavanja i usporavanja koji prekidaju milijunima godina dugo postupno usporavanje planeta.

“Brzina rotacije Zemlje je kompliciran posao. To ima veze s razmjenom kutnog momenta između Zemlje i atmosfere te s učincima oceana i učinkom mjeseca”, kaže Levine. "Ne možete predvidjeti što će se dogoditi u dalekoj budućnosti."

Ali u posljednjih desetak godina, usporavanje Zemljine rotacije je… pa, usporilo. Od 2016. nije dodana prestupna sekunda, a naš se planet trenutno vrti brže nego u pola stoljeća. Znanstvenici nisu sigurni zašto.

"Ovaj nedostatak potrebe za prijestupnim sekundama nije bio predviđen", kaže Levine. “Pretpostavka je zapravo bila da će Zemlja nastaviti usporavati i da će prijestupne sekunde i dalje biti potrebne. I tako je ovaj učinak, ovaj rezultat, vrlo iznenađujući.”

Problem s prijestupnim sekundama

Ovisno o tome koliko se Zemljine rotacije ubrzavaju i koliko dugo se taj trend nastavlja, znanstvenici će možda morati poduzeti nešto. "U ovom trenutku postoji zabrinutost da ako se Zemljina rotacija dodatno poveća, možda ćemo trebati imati ono što se zove negativna preskočna sekunda", kaže Whibberley. “Drugim riječima, umjesto da ubacimo dodatnu sekundu kako bismo omogućili Zemlji da sustigne, moramo izdvojiti sekundu iz atomske vremenske skale kako bismo je vratili u stanje sa Zemljom.”

No negativna prijeskočna sekunda pred znanstvenike bi postavila potpuno novi set izazova. “Nikad prije nije bilo negativnog skoka u sekundi, a zabrinutost je da softver koji bi se morao nositi s tim nikada prije nije bio operativno testiran”, dodaje Whibberley.

Bez obzira na to je li potrebna obična prijestupna sekunda ili negativna prijestupna sekunda, zapravo, ove male promjene mogu biti ogromna glavobolja za industrije u rasponu od telekomunikacija do navigacijskih sustava. To je zato što se prijestupne sekunde miješaju u vrijeme na način na koji računala nisu spremna podnijeti.

"Primarna okosnica interneta je da je vrijeme kontinuirano", kaže Levine. Kada nema stalnog, kontinuiranog dotoka informacija, stvari se raspadaju. Ponavljanje sekunde ili preskakanje preko nje sapliće cijeli sustav i može uzrokovati praznine u onome što bi trebao biti stalan tok podataka. Prijestupne sekunde također predstavljaju izazov za financijsku industriju, gdje svaka transakcija mora imati svoj jedinstveni vremenski žig - potencijalni problem kada se ta sekunda od 23:59:59 ponovi.

Neke su tvrtke tražile vlastita rješenja za preskočne sekunde, poput Googleove mrlje. Umjesto da zaustavi sat kako bi Zemlja uhvatila korak s atomskim vremenom, Google svaku sekundu čini malo duljom u prijestupnom drugom danu. "To je način na koji se to radi", kaže Levine, "ali to se ne slaže s međunarodnim standardom za definiranje vremena."

Vrijeme kao oruđe

Međutim, u velikoj shemi stvari, govorimo o vrlo malim količinama vremena - samo jednu sekundu svakih nekoliko godina. Proživjeli ste mnogo prijestupnih sekundi, a vjerojatno ih niste bili ni svjesni. A ako promatramo vrijeme kao alat za mjerenje stvari koje vidimo u svijetu oko nas, kao što je prijelaz iz jednog dana u drugi, onda postoji argument za praćenje vremena postavljenog kretanjem Zemlje, a ne elektronima u atomskom satu - ma koliko oni bili precizni.

Levine kaže da misli da prijestupne sekunde možda nisu vrijedne nevolje koju uzrokuju: “Moje je privatno mišljenje da je lijek gori od bolesti.” Ako prestanemo prilagođavati naše satove tako da uzimaju u obzir prijestupne sekunde, moglo bi potrajati stoljeće da se odmaknemo čak i od minute od "pravog" vremena koje bilježe atomski satovi.

Ipak, on priznaje da, iako je istina da je vrijeme samo konstrukt, izrazito ljudski pokušaj da se shvate naša iskustva u velikom, čudnom svemiru, “također je istina da imate ideju da u 12 sati, Sunce je iznad glave. I tako ti, iako ne razmišljaš često o tome, imaš vezu s astronomskim vremenom.” Prijestupne sekunde samo su mali, gotovo nevidljiv način održavanja te veze na životu.