Книга: Вам, земляне

Равны ли сутки между собой?

Равны ли сутки между собой?

С первого взгляда — все очень просто. Медленно и величественно вращается Земля. Промежуток времени, за который она совершает полный оборот вокруг воображаемой оси, называется сутками. Сутки содержат 24 часа. В чем же тогда проблема? Простота здесь только кажущаяся. Сложность поставленного вопроса станет сразу очевидной, как только мы попытаемся практически определить продолжительность суток.

На астрономических обсерваториях есть специальный инструмент, предназначенный для измерения времени по звездам. Называется он пассажным инструментом. По устройству пассажный инструмент похож на обычный телескоп-рефрактор, но его оптическая ось всегда расположена в одной и той же плоскости — плоскости небесного меридиана[5]. Как известно, проходя через южную часть небесного меридиана (т. е. между северным полюсом мира и точкой юга), звезды занимают наивысшее положение над горизонтом, т. е. кульминируют. Таким образом, пассажный инструмент предназначен для наблюдения кульминаций звезд.

Взглянув в окуляр пассажного инструмента, мы увидим в поле зрения одну горизонтальную и три вертикальные нити. Средняя из вертикальных нитей отмечает на небе линию небесного меридиана. Вот в поле зрения появилась яркая звездочка. Вращение Земли заставляет ее быстро приближаться к линии небесного меридиана. Наконец, она пересекла центральную вертикальную нить пассажного инструмента. Этот момент ее кульминации астроном должен зафиксировать как можно точнее. Ведь к тому моменту, когда эта звезда вернется на небесный меридиан, протекут ровно одни сутки.

До последнего времени считалось, что Земля вращается идеально равномерно. Показания лучших хронометров проверялись по наблюдениям кульминаций звезд. Если между двумя кульминациями звезды протекало по хронометру не 24 часа, а на 0,1 секунды меньше, то вина за это расхождение всегда приписывалась не Земле, а хронометру. Казалось очевидным, что в таких случаях не Земля стала вращаться быстрее, а хронометр несколько «отстал». Убеждение в идеальной равномерности вращения Земли основывалось на опытных данных. Оно не противоречило известным фактам и в то же время соответствовало нашим ощущениям: Земля вращается так равномерно, что кажется нам неподвижной.

Но техника развивалась, точность измерительных приборов непрерывно росла, и наконец удалось изобрести кварцевые часы, которые по равномерности хода значительно превзошли нашу Землю. Оказалось, что наша планета вращается «рывками», то с замедлением, то с ускорением. Нечто сходное произошло бы, если бы на край листа этой книги мы направили объектив микроскопа. Вместо почти идеально ровной линии мы увидели бы причудливо изрезанную кромку. Кварцевые часы — это «микроскоп времени». Они развенчивают иллюзии наших органов чувств. При их точности измерения времени от былых представлений о равномерности вращения Земли не остается и следа.

Открытые неравномерности вращения нашей планеты можно разбить на три группы. Прежде всего это систематическое замедление вращения Земли, вызванное действием приливных волн. Когда приливные волны бегут по дну морей и океанов, они «трутся» о земную кору и тем самым подобно тормозным колодкам замедляют вращение нашей планеты. Замедление это невелико: за целое столетие сутки увеличиваются на одну тысячную долю секунды. Через 1 млн. лет сутки станут длиннее теперешних за счет этого эффекта всего на 10 секунд!

Вторая группа неравномерностей вращения Земли — это периодические колебания продолжительности суток, вызванные сезонными метеорологическими явлениями. Оказывается, осенью и зимой Земля вращается в среднем медленнее, чем весной и летом, причем разница в продолжительности суток достигает 0,03 секунды в ту или другую сторону. В этом случае на вращение Земли влияет атмосфера. Выпадение осадков изменяет сложным образом массу твердого тела Земли, причем неодинаково в разных полушариях. Изменение массы и сказывается на вращении Земли. Следует заметить, что в любом случае земная атмосфера быстро «приноравливается» к новой продолжительности суток и продолжает вращаться вместе с Землей как одно целое.

Причины, вызывающие неравномерности третьей группы, пока неизвестны. Эти неравномерности носят характер неправильных «рывков», т. е. неожиданных ускорений или замедлений вращения Земли. Все они ничтожно малы: из-за них величина суток изменяется ото дня ко дню не более чем на тысячную долю секунды.

Таким образом, главный эталон времени — сутки — весьма изменчив. Сегодняшние сутки, строго говоря, не равны завтрашним. Представьте себе часы, идущие идеально равномерно. Допустим, что их часовая стрелка дважды пробежит циферблат за одни сегодняшние сутки. Продолжительность следующих суток, измеренная этими часами, не будет равна 24 часам.