Délka pozemských dnů se nečekaně mění a nikdo neví proč

V běžném životě to vnímáme tak, že pozemský sluneční den, tedy jedna střední rotace Země měřená vzhledem ke Slunci, trvá 24 hodin. To činí podle definice 1440 minut nebo také 86 400 středních slunečních sekund – ty se trochu liší od jedné sekundy, která je základní jednotkou SI.

Pokud však měříme opravdu přesně délku jednotlivých pozemských dní, dojdeme obecně k trochu jiným hodnotám, někdy menším, jindy větším. Tyto odchylky způsobuje proměnlivá rychlost rotace Země.

V průběhu milionů let se rotace naší planety zpomalovala v důsledku tzv. slapového tření spojeného s přílivem a odlivem, které vyvolává svým gravitačním působením Měsíc. Každých 100 let se proto k délce dne přidají – dlouhodobě – další asi 2,3 milisekundy.

Víme také, že před miliardami let trval den na Zemi pouze 19 hodin, tedy se od té doby zhruba o pět hodin prodloužil. Posledních 20 tisíc let ale působí v opačném směru jiný proces, který by sám o sobě rotaci Země mohl naopak zrychlovat. Když skončila poslední doba ledová, tání polárních ledových příkrovů postupně snížilo povrchový tlak a masy v zemském plášti se začaly postupně posouvat směrem k pólům.

Když se část hmotnosti jakéhokoli rotujícího tělesa posunuje směrem k ose otáčení, dojde k podobnému efektu, jako když krasobruslaři přibližují ruce k tělu – jejich rotace se díky zákonu zachování momentu hybnosti zrychlí.

Odpovídající změna v případě rotace Země se odhaduje asi na (minus) 0,6 milisekundy za století. Souhrnným trendem nyní je, že dny se nakonec stejně prodlužují, i když v o něco menší míře – v současnosti průměrně o 1,8 milisekundy za století.

Postupné tání ledové pokrývky však nevysvětluje různé malé a náhlé změny rychlosti rotace oběma směry. Ty zase ale může vysvětlit mechanismus známý jako „Chandler wobble“, v jehož rámci s periodou asi 430 dní dochází k malému nepravidelnému pohybu geografických pólů Země po povrchu zeměkoule.

Obecně mají na délku rotace Země vliv procesy jak ve vnitřních, tak ve vnějších vrstvách naší planety, pohyb vody v oceánech, dynamika přílivů, či dokonce změny klimatu.

Čtrnáctidenní a měsíční slapové přílivové cykly přemisťují hmotu kolem planety, což způsobuje změny délky dne až o milisekundy v obou směrech. Silný vliv má i pohyb naší atmosféry a svoji roli hrají také oceánské proudy. Sezonní sněhová pokrývka a srážky nebo odčerpávání podzemní vody hrají také svou roli.

Rovněž velká zemětřesení mohou změnit délku dne, ale spíše v menší míře. Např. velké zemětřesení Tóhoku v Japonsku v roce 2011 s magnitudou 8,9 pravděpodobně zrychlilo rotaci Země o relativně nepatrných 1,8 mikrosekundy.

Složitý vývoj kolísání přesných délek pozemského dne v čase nedávno shrnuli letos v srpnu dva australští vědci, Matt King a Christopher Watson, kteří napsali populární článek pro server The Conversation.

Tam vyzdvihli mj. skutečnost, že v posledních několika desetiletích se rotace Země oproti obecnému trendu naopak zrychlila, což vedlo ke zkrácení dne.

Konkrétně 29. června 2022 jsme dokonce zaznamenali rekord, tj. nejkratší den za poslední zhruba půlstoletí: 29. června byl den kratší o 1,59 milisekundy oproti dlouhodobému průměru.

Jenže atomové hodiny v kombinaci s přesnými astronomickými měřeními odhalily, že délka dne, očištěná od různých náhodných výchylek, se od roku 2020 zase systematicky (ve statistickém/průměrném smyslu) prodlužuje a nikdo zatím pořádně neví, proč tomu tak je.

Mohlo by to být způsobeno změnami v povětrnostních systémech, kdy dochází k událostem typu La Niña (anomální oceánský a atmosférický jev) – jenže k nim docházelo již dříve.

Mohlo by jít i o zvýšené tání ledovců, ačkoli ani zde se v roce 2020 nestalo nic výjimečného. Mohlo by to souviset s obrovským výbuchem sopky na souostroví Tonga, který do atmosféry vyslal obrovské množství vody? Možná, jenže k téhle události došlo až v lednu 2022.

Zároveň je možné i to, že zde žádná speciální příčina není (to považují za pravděpodobné i samotní australští autoři článku) a že se zde zkrátka sešla řada náhodných jevů či jevů s různými periodami.

Poslední možností je, že se uvnitř Země ani kolem naší planety nic zvláštního nezměnilo. Mohly by za tím být snad dlouhodobé slapové efekty, které fungují paralelně s jinými periodickými procesy (např. interakcí mezi rozdílnou rotací jádra Země a pláště), které způsobují dočasnou změnu rychlosti rotace Země?

To vše má nicméně zásadní dopad nejen na naši časomíru, ale také na různé technologie, jako je např. satelitní systém GPS nebo internet. Ty se pak v důsledku kolísání skutečné délky dne donedávna musely čas od času upravovat pomocí „přestupných čili skokových sekund“. Přestupné sekundy však byly nedávno zrušeny.