Τα ρολόγια μάς λένε ότι μια ημέρα στη Γη διαρκεί 24 ώρες ή 86.400 δευτερόλεπτα. Αλλά αυτός ο αριθμός δεν είναι ακριβής και αμετάβλητος. Η ακριβής διάρκεια μιας ημέρας στη Γη εξαρτάται από το πόσο χρόνο χρειάζεται ο πλανήτης μας για να ολοκληρώσει μια περιστροφή, και αυτό συχνά αλλάζει ελαφρώς, χάρη σε δραματικά γεγονότα, όπως οι σεισμοί και οι ηφαιστειακές εκρήξεις, καθώς και σε πιο λεπτές μετατοπίσεις που προκαλούνται από το υγρό μέταλλο στον εξωτερικό πυρήνα της Γης που κινείται γύρω από τον στερεό εσωτερικό πυρήνα της.
Αυτές οι διαταραχές σε επίπεδο χιλιοστών του δευτερολέπτου είναι μικροσκοπικές και απρόβλεπτες, αλλά η μέτρησή τους είναι χρήσιμη, λένε οι επιστήμονες. Αν έχετε ψάξει ποτέ στο Google για το «εμβόλιμο δευτερόλεπτο» (leap second), τότε θα γνωρίζετε πόσο δύσκολο είναι για τους ανθρώπους να υπολογίσουν αυτές τις μικροσκοπικές αλλαγές.
«Οι διακυμάνσεις της περιστροφής δεν είναι σημαντικές μόνο για την αστρονομία, αλλά τις χρειαζόμαστε επίσης για τη δημιουργία ακριβών κλιματικών μοντέλων και για την καλύτερη κατανόηση καιρικών φαινομένων όπως το Ελ Νίνιο. Και όσο πιο ακριβή είναι τα δεδομένα, τόσο πιο ακριβείς είναι οι προβλέψεις», δήλωσε ο Ούλριχ Σράιμπερ, επικεφαλής του έργου στο Παρατηρητήριο για το TUM.
Πώς μετρούνται αυτές οι μικροσκοπικές διαταραχές
Προκειμένου να κατανοήσουν αυτές τις μικροσκοπικές αλλαγές στην περιστροφή της Γης, οι επιστήμονες του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM) έχουν τελειοποιήσει ένα μηχάνημα που ονομάζεται “λέιζερ δακτυλίου” (ring laser) σε τέτοιο βαθμό, ώστε να είναι σε θέση να μετρήσουν με ακρίβεια την διάρκεια μιας ημέρας όπως ποτέ άλλοτε.
Η συσκευή αυτή, που βρίσκεται στο Γεωδαιτικό Παρατηρητήριο Wettzell στην κορυφή του βουνού Wagnerberg, χρησιμοποιεί ένα γυροσκόπιο με δακτύλιο λέιζερ και μια “πίστα” πλάτους 13,1 ποδιών, όλα μέσα σε έναν θάλαμο υπό πίεση που είναι θαμμένος σε βάθος 6 μέτρων. Αυτή η προσεκτική βαθμονόμηση σημαίνει ότι τα λέιζερ της συσκευής επηρεάζονται μόνο από τις μικρές διαταραχές της περιστροφής της Γης.
Η συσκευή χρησιμοποιεί ένα περίπλοκο σύστημα λέιζερ και κατόπτρων για να καταγράψει με ακρίβεια την περιστροφή της Γης -μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ δύο συχνοτήτων λέιζερ σημαίνει ότι η Γη περιστρέφεται ταχύτερα. Για παράδειγμα, στον ισημερινό, η Γη διανύει 15 μοίρες κάθε ώρα. Σύμφωνα με το λέιζερ του TUM, αυτό το γεωγραφικό πλάτος παράγει 348,5 Hz. Και κάθε ημέρα, ο αριθμός αυτός αυξομειώνεται μόνο κατά 1 έως 3 εκατομμυριοστά του Hertz (ονομάζεται επίσης μικροχέρτζ).
Αλλά ακόμη και με αυτή την εξαιρετικά προηγμένη τεχνολογία, οι ακριβείς μετρήσεις είναι εκ φύσεως δύσκολες.
«Η ακριβής μέτρηση είναι δυνατή μόνο όταν οι κυματομορφές των δύο ακτίνων λέιζερ είναι σχεδόν πανομοιότυπες. Ωστόσο, ο σχεδιασμός της συσκευής σημαίνει ότι υπάρχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα ασυμμετρίας. Τα τελευταία τέσσερα χρόνια οι γεωδαίτες χρησιμοποίησαν ένα θεωρητικό μοντέλο για τις ταλαντώσεις του λέιζερ για να συλλάβουν με επιτυχία αυτά τα συστηματικά φαινόμενα σε βαθμό που να μπορούν να υπολογιστούν με ακρίβεια για μεγάλο χρονικό διάστημα και έτσι να εξαλειφθούν από τις μετρήσεις» εξηγούν οι επιστήμονες του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM)
Με αυτόν τον διορθωτικό αλγόριθμο στη θέση του, οι επιστήμονες του TUM μπορούν να μετρήσουν μια γήινη ημέρα με ακρίβεια εννέα δεκαδικών ψηφίων, που αντιστοιχεί σε ένα κλάσμα του χιλιοστού του δευτερολέπτου ανά ημέρα. Αποδεικνύεται ότι η περιστροφή της Γης αυξομειώνεται κατά περίπου 6 χιλιοστά του δευτερολέπτου κάθε δύο εβδομάδες.
Κατά τη διάρκεια της ζωής της Γης, η διάρκεια της ημέρας μεγάλωνε όλο και περισσότερο. Όταν οι δεινόσαυροι περιπλανιόντουσαν στη Γη, για παράδειγμα, η ημέρα ήταν μόνο 23 ώρες. Πριν από 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια, ήταν μόνο 18 ώρες και 41 λεπτά. Και σε 200 εκατομμύρια χρόνια, μία ημέρα θα διαρκεί 25 ώρες.
Η μελέτη των επιστημόνων δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Photonics.
Quiz: Πόσες ώρες έχει μία ημέρα στους άλλους πλανήτες;
Η διάρκεια μιας ημέρας σε έναν πλανήτη καθορίζεται από το χρόνο που χρειάζεται ο πλανήτης να περιστραφεί γύρω από τον άξονά του.
Πόσο διαρκεί μια ημέρα στον Ερμή;
Ο Ερμής, ο πλησιέστερος πλανήτης στον Ήλιο, περιστρέφεται πολύ αργά γύρω από τον άξονά του, χρειάζονται 58,65 ημέρες της Γης για να ολοκληρώσει μία περιστροφή.
Πόσο διαρκεί μια ημέρα στην Αφροδίτη;
Η Αφροδίτη, ο δεύτερος πλανήτης από τον Ήλιο, περιστρέφεται πολύ αργά γύρω από τον άξονά της, με αντίστροφη φορά από τους περισσότερους άλλους πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα. Χρειάζονται 243 ημέρες της Γης για να ολοκληρώσει μία περιστροφή. Αυτή η αργή περιστροφή μπορεί να οφείλεται στην αλληλεπίδραση της Αφροδίτης με το βαρυτικό πεδίο του Ήλιου, αλλά και λόγω παλιρροϊκών δυνάμεων από τους κοντινούς της πλανήτες
Πόσο διαρκεί μια ημέρα στον Άρη;
Ο Άρης περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του μία φορά κάθε 24 ώρες και 37 λεπτά. Αυτή η περιστροφή είναι αρκετά παρόμοια με αυτή της Γης.
Πόσο διαρκεί μια ημέρα στον Δία;
Ο Δίας είναι ο μεγαλύτερος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα και επίσης ο ταχύτερα περιστρεφόμενος πλανήτης. Χρειάζονται μόνο 9 ώρες και 55 λεπτά για να περιστραφεί μία φορά γύρω από τον άξονά του. Αυτή η γρήγορη περιστροφή δημιουργεί ισχυρούς ανέμους και καταιγίδες στον Δία.
Πόσο διαρκεί μια ημέρα στον Κρόνο
Ο Κρόνος είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα και περιστρέφεται αρκετά πιο γρήγορα από τη Γη. Χρειάζονται περίπου 10 ώρες και 39 λεπτά για να ολοκληρώσει μία περιστροφή γύρω από τον άξονά του.
Πόσο διαρκεί μια ημέρα στον Ουρανό;
Ο Ουρανός είναι ο τρίτος μεγαλύτερος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα και περιστρέφεται πολύ γρήγορα γύρω από τον άξονά του. Η περίοδος περιστροφής γύρω από τον άξονά του είναι 17,9 ώρες.
Πόσο διαρκεί μια ημέρα στον Ποσειδώνα;
Ο Ποσειδώνας είναι ο τέταρτος μεγαλύτερος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα. Χρειάζονται περίπου 16 ώρες και 3 λεπτά για να ολοκληρώσει μία περιστροφή.