Время - самая непонятная из всех координат того мира, в котором мы живём. Мало того что у народов, зародившихся далеко друг от друга, разные календари и у некоторых число месяцев в году плавает – то 12, то 13, так еще и Земля не очень равномерно крутится. Главным тормозом здесь, конечно, является Луна и те приливные волны, которые она порождает. В итоге день становится длиннее на пару миллисекунд каждое столетие и через миллиард лет увеличится на целых четыре часа. Кстати, на заре зарождения жизни – 4,5 миллиарда лет назад – Луна облетала Землю за примерно один сегодняшний день. День длился всего десять часов, а приливные волны в океане были высотой несколько десятков метров…
Законы физики неумолимы, и всё когда-нибудь остановится. Ну, кроме движения электронов в атоме – оно воистину вечно. Именно поэтому уже давным-давно учёные отказались от использования звёзд и вращения Земли для измерения времени и перешли сначала на атомные, а теперь и на лазерные часы, точность хода которых около секунды за время существования Вселенной (13,8 миллиарда лет).
Автор фото: TYTUS ZMIJEWSK / EPA / ТАСС
Когда мы сумели привязать шкалу времени к атомным переходам, мир вокруг нас потерял стабильность – материки поехали навстречу друг другу, земная ось начала чувствовать выпадение снега, пульсары - замедлять вращение, часы - показывать разное время на столе и под столом, Луна - удаляться от Земли. И мы смогли поймать гравитационные волны, родившиеся 1,3 миллиарда лет назад от столкновения двух черных дыр в далёкой Галактике.
Сегодня время измеряют с поразительной точностью – одна миллиардная от одной миллиардной временного интервала. И это, похоже, не предел. Скоро построят ядерные часы на внутренних переходах в ядре тория-229, и там точность станет еще на пару порядков выше. Когда у вас есть такой стабильный хронометр, а лучше - единая служба точного времени, привязанная к геометрическому центру Земли-матушки, то система глобальной спутниковой навигации начинает чувствовать оседание грунта, движение ледников, перемещения континентов и приливные колебания горных вершин. До того, чтобы чувствовать сезонную миграцию птиц в тёплые страны, число туристов, уехавших в отпуск, и количество бочек нефти, поставленных по трубопроводу в Европу, дело еще не дошло (точности не хватает). Но большая и высокая плотина, наполнившись водой, изменяет скорость вращения нашей планеты на вполне ощутимую величину.
Автор фото: Илья Наймушин / РИА Новости
Физический закон сохранения момента импульса мы наблюдаем, любуясь фигурным катанием, когда спортсменка, вытягиваясь в струнку, увеличивает угловую скорость своего вращения. Так и Земля, если на её поверхности построить Вавилонскую башню до небес, немного замедлит свое вращение в ожидании кары небесной и смешения языков. Это всё кажется невероятным и неизмеримым, но поскольку атомы стабильны и неизменны, в отличие от формы созвездий на небе, то, прицепившись к их внутренним квантовым переходам, мы можем всё это чувствовать и измерять. Служб точного времени много – наша, не наша, их, гражданская, военная и даже всемирная. И они, эти службы, не просто хранят время как зеницу ока, но и привязывают квантовое время к земному с максимально возможной точностью.
И здесь важно даже не сколько астрономическое время, сколько привязка положения навигационных спутников к реальным реперным (опорным. - «ВК») точкам на земной поверхности. Такие контрольные пункты привязки разбросаны по всем континентам, и именно они отвечают за точность глобальных систем навигации, без которых наша жизнь сегодня немыслима. Если бы не спутниковая навигация, все эти сезонные и технологические колебания вращения Земли не имели бы никакого значения. А так каждая наносекунда ошибки во времени – это 30 сантиметров ошибки в положении, именно такое расстояние проходят радиоволны и свет за этот мизерный интервал времени.
Автор фото: Павел Хацаюк / ИД «Вечерняя Казань»
И в этом плане сообщение о том, что Китай случайно «сломал» время на Земле, не совсем верно. Просто грандиозная плотина «Три ущелья» не только изменила русло реки Янцзы, но и немножко замедлила вращение Земли, что и зафиксировала Всемирная служба точного времени, наблюдая за движением звёзд на ночном небе.
Эта плотина на сегодня самый большой гидроэнергетический проект в мире. Её строили 20 лет. Водохранилище вмешает почти 40 кубических километров воды, что сопоставимо с полезным объемом воды на Красноярской ГЭС. Правда, во время строительства российской плотины ещё не было столь точных часов и зафиксировать замедление вращения Земли было нечем.
Как показывают расчёты специалистов НАСА, вода, поднявшись, увеличила момент инерции планеты и замедлила её вращение. Сутки удлинились на 60 наносекунд, год - на 22 микросекунды, а ось вращения сместилась на два сантиметра. Кстати, сезонные колебания оси вращения Земли из-за дождей, снега и неведомых тектонических процессов достигают нескольких метров. Так что вклад строителей из Поднебесной в скорость вращения Земли не так уж и велик, тайфуны и ураганы качают земную ось не хуже плотины. Гораздо большие колебания вращения Земли происходили во время ледниковых периодов, когда суша покрывалась толстым слоем льда.
Сегодня мы переживаем о возможном глобальном потеплении. Если таяние плавающих льдов на Северном полюсе на вращении практически не сказывается, то Южная полярная шапка не только поднимет уровень океана, но и заметно (для атомных часов и систем навигации) замедлит вращение Земли. Но это не станет проблемой для систем глобальной навигации, если не забывать поглядывать в телескопы на звёзды для учёта замедления вращения и дрейфа материков, привязывая движение спутников к реперным точкам на поверхности Земли.
В свое время за изобретение морского хронометра, позволявшего с точностью до минут измерять время в длительных морских походах, англичанин Джон Гаррисон получил награду в 20 тысяч фунтов стерлингов (сопоставимо с пятью миллионами долларов сегодня). Парламент Великобритании назначил эту премию в 1714 году, и спустя 16 лет был сконструирован первый хронометр, позволявший определять долготу с точностью 1º. Доказательство работоспособности конструкции заняло уйму времени, и окончательный расчет изобретатель получил в 1773 году, когда ему стукнуло 80 лет.
Автор фото: Reuters
Это открытие позволило довести точность морских карт до нескольких десятков километров. Ибо если широту в море можно определить, наблюдая Полярную звезду, то для информации о долготе надо точно знать, сколько было на часах, расположенных на Гринвичским меридиане, в момент захода Солнца или какой другой звезды за горизонт. Ведь недаром расстояния в океане измеряют в милях (1852 метра). Это как раз та часть длины экватора, которая соответствует одной угловой минуте полной дуги этого самого экватора или расстояние, на которое надо перепрыгнуть, чтобы положение звёзд на небосводе изменилось на 1/60 градуса.
Когда-то Леон Фуко с помощью своего знаменитого маятника, качающегося сегодня в Исаакиевском соборе, доказал, что Земля вертится. А сегодня мы измеряем вариации этого вращения с такой точностью, что движение материков со скоростью сантиметры в год на этом фоне кажется стремительным полётом птицы.