Astronaujiena. Senoviniai užtemimai padeda nustatyti paros trukmę

Beveik trijų tūkstančių metų amžiaus duomenys apie Saulės užtemimus leido tiksliau įvertinti, kaip nuo tada pakito paros trukmė. Šie rezultatai prieštarauja teorinėms prognozėms ir suteikia daug galimybių patikrinti Žemės struktūros modelius.

Žemės paros trukmė nuolatos ilgėja. Šis procesas yra labai lėtas – per šimtą metų para pailgėja vos keliomis tūkstantosiomis sekundės dalimis – bet išmatuojamas ir apskaičiuojamas. Pagrindinis procesas, nulemiantis paros trukmės pokyčius, yra Žemės sąveika su Mėnuliu. Žemė aplink savo ašį sukasi greičiau, nei Mėnulis aplink Žemę, taigi Mėnulio gravitacijos sukelto potvynio banga visą laiką bėga šiek tiek į priekį nuo Žemės paviršiaus taško, esančio tiesiai po Mėnuliu. Mėnulis traukia tą bangą atgal, taip stabdydamas Žemę. Pats Mėnulis nuo šios sąveikos greitėja ir tolsta nuo mūsų. Po daugybės milijardų metų Žemės sukimasis sulėtės tiek, kad susilygins su Mėnulio sukimusi aplink Žemę, ir tada Mėnulis visąlaik kabos virš vieno Žemės taško.

Bet grįžkime į šiandieną. Apskaičiavę jėgą, kuria Mėnulis traukia potvynio bangas atgal, galime nustatyti, kad Žemės paros trukmė per kiekvieną šimtmetį pailgėja 2,3 tūkstantosiomis sekundės dalimis. Skaičius tikrai labai mažas, tad jo patikrinimui reikėtų ilgalaikių stebėjimų. Pavyzdžiui, per tą patį šimtą metų įgyjame papildomas maždaug 42 sekundes laiko. Aha, gavome atsakymą į visus gyvenimo klausimus, tai problema kaip ir išspręsta, ar ne?

Ogi ne. Norėdami patikrinti, kaip Žemės sukimasis kito per pastaruosius kelis tūkstantmečius, grupė britų mokslininkų išnagrinėjo informaciją apie Saulės užtemimus nuo 720 m. pr. Kr. iki 1600-ųjų metų ir Mėnulio praslinkimus priešais žvaigždes nuo 1600-ųjų iki dabar. Per šiuos 2735-erius metus buvo maždaug milijonas dienų, o paros trukmė turėjo pailgėti 63 tūkstantosiomis sekundės dalimis. Iš viso per šį laikotarpį turėjo būti įgytos beveik devynios valandos laiko – pakankamai daug, kad būtų akivaizdūs Saulės užtemimų laiko pokyčiai. Ir ne tik laiko, bet ir vietos, mat jei Žemė užtemimo metu pasisukusi kitu šonu į Saulę, tai ir užtemimą mato kitų vietų gyventojai.

Seniausias nagrinėtame laiko intervale aprašytas užtemimas buvo matomas Babilone 720-aisiais metais prieš Kristų. Pagal dabartines prognozes, neatsižvelgiant į Žemės sukimosi spartos pokyčius, jis turėjo būti matomas šešiomis valandomis vėliau, vakarinėje Atlanto vandenyno pakrantėje. Atkreipkite dėmesį – laiko skirtumas ne devynios valandos, o šešios. Tai reiškia, kad vidutiniškai per pastaruosius beveik tris tūkstančius metų Žemės sukimosi sparta sulėtėjo mažiau, nei prognozuoja teorinis modelis. Vidutinis paros trukmės pokytis, gaunamas iš šių senovinių stebėjimų duomenų, yra 1,8 tūkstantosios sekundės dalies per šimtmetį. Tokį rezultatą patvirtina ir dešimtys kitų Saulės užtemimų stebėjimų aprašymų iš Mesopotamijos, Kinijos, senovės Graikijos, viduramžių Europos bei arabų pasaulio, bei šimtai tūkstančių stebėjimų, kaip Mėnulis uždengia vieną ar kitą žvaigždę.

Prarastų (arba įgytų, žiūrint kaip žiūrėsi) sekundžių skaičius pagal metus. Duomenys - įvairių senovinių užtemimų datos. Punktyrinė linija - prie duomenų priderinta parabolė, pilka juosta - pokyčių prognozė, besiremianti vien Mėnulio poveikiu Žemės sukimuisi. Ištisinė juoda linija - tikslesnė priderinta spline (kubinės kreivės) funkcija. Paimta iš Stephenson et al. (2016).
Prarastų (arba įgytų, žiūrint kaip žiūrėsi) sekundžių skaičius pagal metus. Duomenys – įvairių senovinių užtemimų datos. Punktyrinė linija – prie duomenų priderinta parabolė, pilka juosta – pokyčių prognozė, besiremianti vien Mėnulio poveikiu Žemės sukimuisi. Ištisinė juoda linija – tikslesnė priderinta spline (kubinės kreivės) funkcija. Paimta iš Stephenson et al. (2016).

Kodėl atsiranda toks skirtumas? Pagrindinė priežastis – Žemės plutos judėjimas po paskutinio ledynmečio. Ledynai buvo stipriai užspaudę ašigalius, taigi ten pluta buvo įdubusi. Prieš 12 tūkstančių metų, kai ledynai atsitraukė, pluta ėmė kilti ir tebekyla iki šiol. Taip Žemė truputį storėja ties ašigaliais ir plonėja ties pusiauju. Šį procesą galime palyginti su šokėju ant ledo, kuris sukdamasis pritraukia rankas prie savęs – taip padaręs, jis pagreitėja. Ir Žemė dėl plutos judėjimo šiek tiek greitėja, tik tas efektas visiškai nekompensuoja lėtėjimo dėl potvyninių efektų.

Paros ilgio skirtumai, lyginant su dabartine trukme. Punktyrinė linija - vidurkis; pilka juosta ir juoda linija - vien į Mėnulio poveikį atsižvelgiančio modelio prognozė. Juoda ir žalia kreivės - atitinkamai išmatuota ir ekstrapoliuota variacija aplink vidutinį kitimą. Paimta iš Stephenson et al. (2016).
Paros ilgio skirtumai, lyginant su dabartine trukme. Punktyrinė linija – vidurkis; pilka juosta ir juoda linija – vien į Mėnulio poveikį atsižvelgiančio modelio prognozė. Juoda ir žalia kreivės – atitinkamai išmatuota ir ekstrapoliuota variacija aplink vidutinį kitimą. Paimta iš Stephenson et al. (2016).

Duomenų pakanka nustatyti ne tik vidutiniam paros trukmės pokyčiui, bet ir šio kitimo netolygumams laikui bėgant įvertinti. Ypatingai naudingi čia yra pastarųjų keturių šimtmečių duomenys apie tikslius laikus, kai Mėnulis užtemdydavo tai vieną, tai kitą žvaigždę. Šių stebėjimų analizė parodė, kad Žemės sukimosi sparta kinta tikrai netolygiai – kartais šiek tiek greičiau, kartais lėčiau. Kai kurie netolygumai patys keičiasi periodiškai: santykinai stipriausias toks periodinis signalas yra šešerių metų trukmės. Kas jį galėtų sukelti, straipsnio autoriai nepaaiškina; galbūt tai galėtų būti susiję su Jupiteriu, kuris vieną ratą aplink Saulę apsuka per 12 metų, taigi maždaug kas šešerius metus trukteli Žemę tai į vieną pusę, tai į kitą? O galbūt tai susiję su pokyčiais Žemės gelmėse? Atsakymo teks palaukti, bet ateities modeliai galės būti tikrinami ir pagal šiuos rezultatus.

Paros trukmės kitimo netolygumų galios grafikas. Mėlyna ir raudona linijos - skirtingais būdais apskaičiuota svyravimų amplitudės priklausomybė nuo svyravimų periodo. Abiem atvejais matome sustiprėjimą ties 5-7 metų trukmės periodu. Juoda linija - laipsninė funkcija, kurios laipsnio rodiklis -1.3. Paimta iš Stephenson et al. (2016).
Paros trukmės kitimo netolygumų galios grafikas. Mėlyna ir raudona linijos – skirtingais būdais apskaičiuota svyravimų amplitudės priklausomybė nuo svyravimų periodo. Abiem atvejais matome sustiprėjimą ties 5-7 metų trukmės periodu. Juoda linija – laipsninė funkcija, kurios laipsnio rodiklis -1.3. Paimta iš Stephenson et al. (2016).

Kaip bebūtų, didžiausias šio atradimo įdomumas man yra tas, kad kone trijų tūkstančių metų senumo įrašai dar ir dabar gali pasitarnauti padarant astronominius atradimus. Prieš keletą metų rašiau apie panašų atradimą, padarytą naudojant dar senovės Egipto kalendorius, padėjusius atskleisti dvinarės žvaigždės Algolo evoliuciją. Matome, kad tai nebuvo vienetinis atvejis, o jų yra ir daugiau.

Tekstą rašiau remdamasis Space.com ir Sciencemag pristatymais ir tyrimo straipsniu, publikuotu žurnale Proceedings of the Royal Society A.

Laiqualasse

P.S. Patiko naujiena? Norite jų daugiau? Paremkite Konstantą Patreon platformoje!

9 comments

      1. Taip, kapstymosi malonumas man pažįstamas. Bet aš turiu omeny tuos ganėtinai sudėtingus ir netiesioginius kapstymusis, kaip pvz. planetų atradinėjimas pagal šviesumo ar net spektro pokytį, atomų stebėjimas su tuneliniu mikroskopu bei visi kiti labai netiesioginiai dalykai. Nekalbu jau apie visai teorinius darbus, kur tik iš begalinės matematikos kažkas atrandama.

        1. Nuo žmogaus aiškiai priklaudo. Man kažką atrasti „begalinėje matematikoje“ dažnai yra didžiulis malonumas :)

          1. O tokie atvejai, kaip šitame straipsnyje, kai „begalinės matematikos“ išvados parodomos esą neteisingos nedemotyvuoja? Man dėl to gerokai žaviau atrodo išvados iš eksperimentų :D

            1. Kaip kada. Labiau demotyvuoja mėnesius kartais trunkantis galvos daužymas į sieną (metaforiškai, bent kol kas), nepastebint, kad šalia yra durys :)

    1. Ne, nespės. Tam prireiktų kelių dešimčių milijardų metų, net neatsižvelgiant į tai, kad Mėnuliui tolstant nuo Žemės, Saulės gravitacija gali jį nutempti visai šalin nuo Žemės.

Komentuoti: Darau, Blė Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *