Doba nie jest idealnie stała — jej długość zmienia się o milisekundy. Nowa praca opublikowana w Nature sugeruje mechanizm, w którym niewielkie zmiany ruchu wewnętrznego jądra generują moment grawitacyjny oddziałujący z nieregularnościami w płaszczu i tym samym modyfikują tempo obrotu Ziemi.
Doba jako zmienna: skala i pomiary
W powszechnej świadomości dzień ma 24 godziny, jednak precyzyjne pomiary pokazują fluktuacje rzędu milisekund. Takie odchylenia wykrywa się dzięki dokładnym zegarom atomowym oraz analizom ruchu gwiazd i sygnałów satelitarnych. Choć absolutnie niewielkie, zmiany te są istotne dla astronomii, nawigacji i badań geofizycznych.
Wymiana pędu między jądrem a płaszczem
Ziemia to układ składników rotujących z zachowaniem łącznego momentu pędu. Obserwacje magnetyczne od lat sugerują, że ciekłe jądro zewnętrzne zmienia prędkość obrotu w skali dziesięcioleci — okresy przyśpieszeń i hamowań występują na przemian. W odpowiedzi płaszcz reaguje przeciwnie, aby utrzymać stały moment pędu całej planety; ta wymiana odpowiada za rejestrowane zmiany długości dnia.
Nowy mechanizm: moment grawitacyjny od jądra wewnętrznego
Badanie zespołu Zhang i Dumberry proponuje dodatkowy element wyjaśniający tę dynamikę. Autorzy pokazują, że nawet drobne zmiany rotacji stałego jądra wewnętrznego mogą wywołać moment grawitacyjny, ponieważ jądro nie jest idealnie sferyczne. W efekcie jego nieregularny kształt grawitacyjnie oddziałuje z niesymetrycznym rozkładem mas w płaszczu i przekazuje część pędu rotacyjnego na zewnątrz.
To sprzężenie grawitacyjne działa wolniej i bardziej subtelnie niż bezpośrednie tarcie, lecz jest wystarczające, by zmienić prędkość obrotu płaszcza na tyle, by zmodyfikować długość doby o kilka milisekund.
Konkurencyjne siły: opór na granicy rdzeń–płaszcz
Mechanizm grawitacyjny nie działa w próżni — na granicy rdzeń–płaszcz działają też siły tarcia oraz przeciąganie elektromagnetyczne (core mantle boundary torque). Te siły oporowe przeciwstawiają się przenoszeniu momentu pędu i ograniczają zakres zmian tempa obrotu. Zdaniem autorów obserwowane fluktuacje długości dnia wynikają ze zmiennej równowagi między momentem grawitacyjnym a oporem na granicy rdzeń–płaszcz.
Wnioski o reologii jądra i dynamice wewnętrznej
Jednym z ważniejszych rezultatów jest wniosek, że jądro wewnętrzne może reagować w sposób bardziej plastyczny niż dotąd sądzono. Autorzy sugerują, że jądro może „deform viscously” (źródło) na skalę około 10 lat — tzn. wykazywać lepko-plastyczne przemieszczenia kształtu w dekadach. Taka reologia wpływa na to, jak efektywnie jądro generuje moment grawitacyjny i jak szybko system wraca do równowagi po perturbacjach.
Model zaproponowany przez Zhang i Dumberry łączy obserwacje magnetyczne, geofizyczne i mechanikę płynów wewnątrz Ziemi, oferując spójne wyjaśnienie historycznych i współczesnych zmian długości dnia.
Co to oznacza w praktyce
- Precyzyjne systemy czasu i nawigacji muszą uwzględniać dekadowe fluktuacje długości dnia, wynikające z dynamiki jądra.
- Monitoring pola magnetycznego oraz pomiary rotacji wnętrza są kluczowe dla prognozowania drobnych odchyleń czasu astronomicznego.
- Reologia jądra (lepkość/plastyczność) ma realne konsekwencje dla modeli procesów geodynamicznych i powinna być lepiej uwzględniana w symulacjach.
Źródło
Artykuł oparty na: Earth’s day isn’t exactly 24 hours. The reason may lie deep inside the planet — ScienceDaily
