Неравномерность вращения Земли

Получаемое из астрономических наблюдений время, основанное на периоде вращения Земли вокруг своей оси, называется астрономическим. Однако Земля вращается неравномерно, и поэтому астрономическое время не строго равномерно. Этот факт может быть обнаружен путем сравнения астрономического времени с любым другим, более равномерным, которое определяется по независимым от вращения Земли часам. Таким временем является время, лежащее в основе гравитационной теории движения тел солнечной системы, либо время, определяемое ходом кварцевых часов, молекулярными и атомными стандартами частоты.

Сопоставление моментов затмений, наблюдавшихся в древности, с моментами, вычисленными на основании гравитационной теории, привело Галилея в 1693 г. к заключению, что "прежде Луна двигалась медленнее, чем в настоящее время". Это ускорение Луны могло быть либо реальным, происходящим из-за увеличения скорости обращения ее вокруг Земли, либо кажущимся из-за уменьшения скорости вращения Земли вокруг своей оси. В XIX в. обнаружены отклонения от теории и в движении Солнца, Меркурия, Венеры, Марса и спутников Юпитера. Поскольку величины этих отклонений у всех светил были пропорциональны их средним движениям, то ясно, что эти изменения в движениях светил - кажущиеся и происходят вследствие реальных изменений скорости вращения Земли вокруг своей оси.

Сопоставление астрономического времени с равномерно текущим, положенным в основу гравитационной теории, позволяет выявить лишь значительные изменения скорости вращения Земли за большой промежуток времени.

В 30-х годах нашего столетия были созданы кварцевые часы, применение которых сделало возможным обнаружить годовые изменения скорости вращения Земли. Введение в действие первого атомного стандарта частоты в 1955 г. позволило практически применить равномерное атомное время, использование которого открывает принципиальную возможность выявить все детали изменения скорости вращения Земли. Однако точность определения астрономического времени не настолько высока, чтобы использовать все преимущества атомного времени.

В настоящее время принято рассматривать три типа неравномерности вращения Земли: вековое замедление, сезонные колебания и нерегулярные изменения угловой скорости вращения Земли.

В результате векового замедления длительность суток непрерывно возрастает примерно на 0,001-0,002 сек. в столетие. Главной причиной этого замедления является приливное трение. Сезонные колебания скорости вращения Земли могут быть представлены двумя волнами - с годичным и полугодичным периодами. Так, по данным за 1956-1965 гг., отклонение продолжительности суток от средней за год представляется равенством

где t - время, отсчитанное в долях года от 1 января. Первый член этой формулы представляет годичную, а второй - полугодичную волну. Годичная волна показывает, что самые длинные сутки наблюдаются в январе, а самые короткие - в июле. Разница между ними равна примерно 1 мсек. Полугодичная волна дает максимальную длительность суток в конце апреля и в конце октября, а минимальную - в конце января и в конце июля. Полная разность составляет 0,6 мсек. Сезонные колебания скорости вращения частично вызываются приливными деформациями твердого тела Земли, но главную роль в их возникновении играет атмосферная циркуляция. Зимой атмосфера тормозит вращение Земли, а летом ускоряет его. Наблюдения показывают, что амплитуды и фазы сезонных колебаний не остаются постоянными от года к году. Анализ наблюдений последних лет показывает, что с 1955 по 1972 г. Земля замедляла свое вращение. Длительность суток возрастала ежегодно на 0,00013 сек., что примерно в 15 раз быстрее, чем в результате приливного торможения. Из-за этого замедления сутки в 1972 г. были на 0,0025 сек. длиннее, чем в 1955 г.

С 1973 г. и по сей день Земля ускоряет свое вращение. В результате нерегулярных изменений продолжительность суток увеличивается или уменьшается на несколько тысячных долей секунды. Резкие изменения в скорости происходят через разные промежутки времени и сравнительно быстро. Причины нерегулярных изменений не вполне ясны.