Η διάρκεια της ημέρας στη Γη δεν είναι σταθερή. Η περιστροφή του πλανήτη επιβραδύνεται εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, κυρίως επειδή η παλιρροϊκή τριβή μεταφέρει περιστροφική ενέργεια από τη Γη προς τη Σελήνη, η οποία απομακρύνεται σταδιακά σε υψηλότερη τροχιά.
Η τρέχουσα επιβράδυνση είναι μικρή αλλά μετρήσιμη. Σύμφωνα με τη σύνοψη στη Wikipedia που βασίζεται σε δεδομένα ατομικών ρολογιών και ιστορικών καταγραφών, η ημέρα έχει επιμηκυνθεί κατά περίπου 1,7 χιλιοστά του δευτερολέπτου ανά αιώνα τις τελευταίες δεκαετίες, και κατά περίπου 2,3 χιλιοστά του δευτερολέπτου ανά αιώνα κατά μέσο όρο τα τελευταία 2.700 χρόνια αστρονομικών παρατηρήσεων. Το αθροιστικό αποτέλεσμα αυτών των απειροελάχιστων μεταβολών είναι μεγάλο: μια ημέρα στο Μεσοζωικό ήταν πιο σύντομη από σήμερα, στο Παλαιοζωικό ακόμη πιο σύντομη και στο Προκάμβριο συντομότερη. Το ενδιαφέρον είναι πώς ξέρουμε τους συγκεκριμένους αριθμούς.
Το καθαρότερο αποτύπωμα έρχεται από τα απολιθώματα. Το 1963, ο παλαιοντολόγος John W. Wells, τότε καθηγητής στο Cornell University, δημοσίευσε στο Nature ένα δισέλιδο άρθρο με τίτλο “Coral Growth and Geochronometry.” Ο Wells έδειξε ότι τα σύγχρονα κοράλλια αποθέτουν μια λεπτή ημερήσια στρώση στο εξωτερικό του σκελετού τους, με λεπτότερες ημερήσιες ταινίες να ομαδοποιούνται σε ευρύτερους μηνιαίους και ετήσιους κύκλους, με τρόπο ανάλογο με τις ημερήσιες διακυμάνσεις μέσα στους ετήσιους δακτυλίους των δέντρων. Η καταμέτρηση των ημερήσιων ταινιών μέσα σε έναν ετήσιο κύκλο απολιθωμένου κοραλλιού δίνει τον αριθμό των ημερών που βίωσε το κοράλλι σε ένα έτος όταν ήταν ζωντανό. Αν το μήκος του έτους έχει παραμείνει περίπου σταθερό, αλλά η ημέρα έχει μεγαλώσει, τότε τα αρχαία κοράλλια θα πρέπει να δείχνουν περισσότερες ημέρες ανά έτος από τα σύγχρονα.
Τι έδειξαν τα κοράλλια του Wells
Ο Wells μέτρησε τις αυξητικές γραμμές σε κοράλλια του Μέσου Δεβονίου, τα οποία με ανεξάρτητη ραδιομετρική χρονολόγηση είναι περίπου 385 εκατομμυρίων ετών. Σύμφωνα με τον απολογισμό του έργου του από το Paleontological Research Institution, τα δεβόνια κοράλλια του έφεραν από 385 έως 410 ημερήσιες γραμμές ανά ετήσιο κύκλο, με μέσο όρο περίπου 400 ημέρες τον χρόνο. Τα σύγχρονα κοράλλια, σε παρόμοιους εποχικούς κύκλους, καταθέτουν περίπου 365.
Η αριθμητική δίνει το μήκος της ημέρας. Ένα έτος είναι ουσιαστικά ο χρόνος που χρειάζεται η Γη για να ολοκληρώσει μια τροχιά γύρω από τον Ήλιο, και σε γεωλογικές κλίμακες αυτό παραμένει σταθερό. Το έτος ήταν περίπου ο ίδιος αριθμός ωρών στο Δεβόνιο όσο και σήμερα, περίπου 8.766. Διαιρώντας τις 8.766 ώρες με 400 ημέρες προκύπτει δεβόνια ημέρα περίπου 21,9 ωρών, λίγο κάτω από 22. Το αποτέλεσμα του Wells ήταν η πρώτη άμεση παλαιοντολογική επιβεβαίωση της από καιρό υποψιαζόμενης επιβράδυνσης της γήινης περιστροφής και δημοσιεύτηκε την ίδια χρονιά που γεωφυσικοί άρχιζαν να μετρούν τη σύγχρονη επιβράδυνση με την πρώτη γενιά ατομικών ρολογιών. Τα δύο ανεξάρτητα στοιχεία συνέκλιναν.
Ο Wells στη συνέχεια εφάρμοσε την τεχνική σε κοράλλια της περιόδου Πενσυλβάνιου, που ξεκινά περίπου πριν από 320 εκατομμύρια χρόνια. Οι μετρήσεις έδωσαν περίπου 385 έως 390 ημέρες τον χρόνο, που αντιστοιχούν σε ημέρα γύρω στις 22,4 ώρες — ελαφρώς μεγαλύτερη από τη δεβόνια, αλλά ακόμη μικρότερη από τη σημερινή. Το μοτίβο στα δύο σύνολα δεδομένων είναι αυτό που προβλέπει η παλιρροϊκή φυσική: όσο πιο πίσω πηγαίνουμε, τόσο περισσότερες ημέρες ανά έτος και τόσο συντομότερη η κάθε ημέρα.
Πόσο πίσω φτάνει η επιβράδυνση
Κοράλλια δεν υπήρχαν στο μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας της Γης, άρα η μέθοδος αυτή έχει όριο. Για παλαιότερες εποχές, οι επιστήμονες στηρίζονται σε άλλους δείκτες, ιδίως στα πρότυπα ιζηματογενών στρώσεων που εναποτέθηκαν υπό παλιρροϊκές συνθήκες και στις κυκλικές υπογραφές των τροχιακών μεταβολών της Γης που διασώζονται σε βαθιά πετρώματα. Αυτές οι τεχνικές είναι λιγότερο άμεσες από την καταμέτρηση ταινιών κοραλλιών, αλλά επεκτείνουν την ιστορία της περιστροφής πίσω στο Προκάμβριο, την εκτεταμένη περίοδο πριν από την εμφάνιση πολύπλοκης πολυκύτταρης ζωής.
Οι προτεροζωικοί αριθμοί είναι εντυπωσιακοί. Σύμφωνα με άρθρο του 2023 στο Nature Geoscience από τους Ross Mitchell και Uwe Kirscher, η διάρκεια της ημέρας στη Γη ενδέχεται να «κόλλησε» γύρω στις 19 ώρες για περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια κατά το μέσο Προτεροζωικό, μεταξύ περίπου 2 δισ. και 1 δισ. ετών πριν. Ο προτεινόμενος μηχανισμός είναι μια ισορροπία ανάμεσα σε δύο αντίθετες παλιρροϊκές ροπές: η βαρυτική έλξη της Σελήνης στα ωκεάνια ύδατα επιβράδυνε την περιστροφή της Γης, ενώ η ηλιακή θέρμανση της ατμόσφαιρας, μέσω ενός είδους «ατμοσφαιρικής παλίρροιας», την επιτάχυνε. Για περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια, τα δύο αποτελέσματα φαίνεται να αλληλοεξουδετερώνονταν, κρατώντας την ημέρα γύρω στις 19 ώρες μέχρι που κάποια κλιματική μεταβολή έσπασε τον συντονισμό. Προγενέστερα μοντέλα είχαν προτείνει παρόμοιο «πάγωμα» στις 21 ώρες προς το τέλος του Προκαμβρίου, που έσπασε περίπου 600 εκατομμύρια χρόνια πριν, γύρω από την εποχή των παγκόσμιων παγετώνων Marinoan ή Sturtian.
Όποιος κι αν ήταν ο ακριβής αριθμός για τον Προτεροζωικό, η ευρύτερη τάση παραμένει: η Γη στο παρελθόν περιστρεφόταν ταχύτερα και όσο πιο πίσω πηγαίνουμε, τόσο μεγαλύτερη η ταχύτητα. Σύμφωνα με το Marine Science Institute του University of Texas, τα αυξητικά αποτυπώματα σε κοράλλια και οστρακοειδή δείχνουν ότι πριν από 500 εκατομμύρια χρόνια, όταν η πολύπλοκη ζωική ζωή διαφοροποιούνταν, η ημέρα διαρκούσε περίπου 21 ώρες, με ένα έτος περίπου 420 τέτοιων ημερών. Οι πρώτοι δεινόσαυροι θα εμφανίζονταν 270 εκατομμύρια χρόνια αργότερα.
Γιατί συμβαίνει η επιβράδυνση
Ο βασικός μηχανισμός είναι απλός στην αρχή του. Η βαρυτική έλξη της Γης τραβά τη Σελήνη και της Σελήνης τραβά τους ωκεανούς της Γης, δημιουργώντας μια μικρή εξόγκωση απέναντι από τη Σελήνη. Επειδή η Γη περιστρέφεται ταχύτερα από την περιφορά της Σελήνης, το περιστρεφόμενο νερό μεταφέρει αυτή την παλιρροϊκή εξόγκωση λίγο μπροστά από τη θέση της Σελήνης στον ουρανό. Η βαρύτητα του εξογκώματος ασκεί μια μικρή προς τα εμπρός έλξη στη Σελήνη, επιταχύνοντάς την σε υψηλότερη τροχιά. Λόγω διατήρησης της στροφορμής, η περιστροφή της Γης πρέπει να επιβραδύνει για να αντισταθμίσει. Πειράματα αποστασιομέτρησης με λέιζερ προς τη Σελήνη, με ανακλαστήρες γωνιακών κυβικών που άφησαν στην επιφάνειά της οι αστροναύτες των Apollo, μετρούν την απομάκρυνση της Σελήνης περίπου στα 3,8 εκατοστά τον χρόνο.
Η τριβή δεν είναι ο μόνος παράγοντας. Η διάρκεια της ημέρας επηρεάζεται και από ανακατανομές μάζας στο εσωτερικό του πλανήτη, όπως η μεταπαγετωνική ανύψωση, οι μεταβολές στους πολικούς παγετώνες, ακόμη και η ατμοσφαιρική και ωκεάνια κυκλοφορία. Ορισμένα από αυτά τα βραχυπρόθεσμα φαινόμενα μπορούν προσωρινά να επιταχύνουν τη Γη αντί να την επιβραδύνουν. Σύμφωνα με τη σύνοψη στη Wikipedia, η περιστροφή της Γης επιταχύνθηκε ελαφρά γύρω στο 2020, και στις 29 Ιουνίου 2022 η περιστροφή ολοκληρώθηκε κατά 1,59 χιλιοστά του δευτερολέπτου ταχύτερα από το τυπικό 24ωρο, σημειώνοντας ρεκόρ για την εποχή των ατομικών ρολογιών. Η μακροπρόθεσμη τάση, ωστόσο, παραμένει μια σταδιακή επιβράδυνση.
Τι αλλάζει στην εικόνα του βαθιού χρόνου
Το πρακτικό συμπέρασμα δεν είναι ιδιαίτερα μεγάλο. Μια 22ωρη ημέρα στο Δεβόνιο ή μια 19ωρη στον Προτεροζωικό δεν αλλάζει το ημερολόγιο με κάποιο χρήσιμο τρόπο, αφού ούτε ο πολιτισμός ούτε το ημερολόγιο υπήρχαν τότε. Αυτό που αλλάζει είναι μια μικρή, διαισθητική εικόνα του γεωλογικού χρόνου. Οικεία σημεία αναφοράς —η θέση του Ήλιου, ο ρυθμός ημέρας-νύχτας, ο αριθμός των ημερών σε ένα έτος— ήταν πραγματικά διαφορετικά στο απώτατο παρελθόν. Ένα τριλοβίτη που κινούνταν σε έναν καμβριανό θαλάσσιο βυθό βίωνε έναν Ήλιο που διέσχιζε τον ουρανό σε περίπου 21 ώρες, όχι 24. Ο γνώριμος πλανήτης περιστρεφόταν αισθητά ταχύτερα από σήμερα.
Ο λόγος που γνωρίζουμε όλα αυτά είναι ένα φυσικό «λογιστήριο». Τα κοράλλια, όπως οι δακτύλιοι των δέντρων και οι στρώσεις στους παγετώνες, είναι υλικό που καταγράφει τον χρόνο του. Η συμβολή του Wells το 1963 ήταν ότι είδε πως τα αρχεία υπήρχαν —και τα μέτρησε.
Τα άρθρα του Space Daily παράγονται με τη βοήθεια AI και ελέγχονται από συντακτικό προσωπικό πριν από τη δημοσίευση. Δείτε τα editorial standards και το masthead μας.
Space Daily Editorial Team
Η συντακτική ομάδα του Space Daily παράγει περιεχόμενο γύρω από τους δύο βασικούς πυλώνες μας: ειδήσεις για τη διαστημική βιομηχανία και Mind & Meaning. Καλύπτουμε εκτοξεύσεις, αποστολές, δορυφόρους, άμυνα και την τεχνολογία που βάζει τον άνθρωπο στο διάστημα, μαζί με την ψυχολογία της φιλοδοξίας, της απομόνωσης και του νοήματος σε ακραίες συνθήκες. Τα άρθρα αντικατοπτρίζουν τη συλλογική μας διαδικασία σύνταξης, επαλήθευσης πηγών, συγγραφής, τεχνικού ελέγχου και επιμέλειας, και όχι τη δουλειά ενός μόνο συντάκτη. Το Space Daily φέρει την εκδοτική ευθύνη για το περιεχόμενο με αυτή την υπογραφή. Για περισσότερα σχετικά με τον τρόπο που δουλεύουμε, δείτε την editorial policy μας.
