Die Erdrotation wird immer schneller. Ist die Erde auch „in Eile“?

In letzter Zeit verhält sich die Erde wie ein Kind, genau wie wir als Kinder, und freut sich darauf, „erwachsen zu werden“.

Am 29. Juni dauerte die Erdrotation 1,59 Millisekunden, also weniger als 24 Stunden. Damit war es der kürzeste Tag, seit die Menschheit Atomuhren verwendet. Der 26. Juli war ebenfalls ein kurzer Tag, 1,5 Millisekunden kürzer als 24 Stunden. „Wie kommt es, dass ein Tag so schnell vergeht?“ Durch die beschleunigte Erdrotation erscheint dieses Gefühl nicht länger als Illusion.

Man hat immer geglaubt, dass die Geschwindigkeit der Erdrotation aufgrund der Existenz des „Gezeitenreibungseffekts“ leicht „gebremst“ und immer langsamer wird. Duan Pengshuo, ein Forscher am Shanghai Astronomical Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, bestätigte diese Ansicht gegenüber dem Reporter der Popular Science Times: „Obwohl sich die Erdrotation in den letzten Jahren beschleunigt hat, ist die langfristige Verlangsamung der allgemeine Trend.“

Der wahre Charakter der Erde: Mal schnell, mal langsam

Duan Pengshuo führte aus, dass die Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit der Erde auf einer kürzeren Zeitskala sehr komplex und ungleichmäßig seien und die Merkmale „manchmal schnell, manchmal langsam“ sowie quasi-periodische Schwingungen aufwiesen.

„Auf der interannuellen Skala wird sich die Rotationsgeschwindigkeit der Erde für einige Jahre beschleunigen und dann in den nächsten Jahren wieder verlangsamen; was die jahreszeitlichen Veränderungen betrifft, wird sich die Rotationsgeschwindigkeit der Erde in einigen Monaten erhöhen und in anderen Monaten verlangsamen.“ Duan Pengshuo analysierte, dass diese Änderungen der Tageslänge auf unterschiedlichen Zeitskalen tatsächlich unterschiedliche Materialbewegungsprozesse im Erdsystem widerspiegeln.

Beispielsweise hängen Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit der Erde im Jahresvergleich eng mit der Bewegung des Erdkerns zusammen. Während jahreszeitliche Veränderungen der Tageslänge eher von Faktoren auf der Erdoberfläche beeinflusst werden, beispielsweise von der Atmosphäre und dem Ozean.

„Mit anderen Worten: Gemessen am langfristigen Muster der Veränderungen der Tageslänge ist die beschleunigte Rotation der Erde in den letzten zwei Jahren nicht überraschend, sondern ein normales Phänomen.“ Duan Pengshuo erinnerte daran, dass dies nicht bedeute, dass „die Erde dynamischer geworden sei“.

Das Prinzip der Rotation ähnelt der Körperrotation im Ballett

Wir wissen, dass die Erde selbst ein unabhängiges System ist. Wenn der Einfluss externer Faktoren nicht berücksichtigt wird, bleibt sein eigener Drehimpuls (das heißt das Produkt aus Trägheitsmoment und Drehgeschwindigkeit) erhalten und es gilt das Gesetz der Drehimpulserhaltung.

Duan Pengshuo erklärte, dass das Trägheitsmoment der Erde umso geringer sei, je schneller sie rotiere, was sich in einer „Kontraktion“ der gesamten Materie der Erde zeige. im Gegenteil, je langsamer die Rotationsgeschwindigkeit der Erde ist, desto größer ist ihr Trägheitsmoment, was sich in einer „Ausdehnung“ der gesamten Materie der Erde äußert.

„Dieser Vorgang ähnelt stark dem einer Balletttänzerin, die sich auf der Stelle dreht. Dabei nutzt sie das Prinzip der Drehimpulserhaltung, um ihr eigenes Trägheitsmoment durch Anspannen (Strecken) ihrer Arme oder Beine zu verändern und dadurch ihre eigene Drehgeschwindigkeit zu beschleunigen (verlangsamen),“ sagte Duan Pengshuo.

Die physikalischen Faktoren, die Änderungen der Erdrotationsgeschwindigkeit verursachen können, beschränken sich jedoch nicht nur auf die Bewegung des Erdkerns (flüssiger äußerer Kern, fester innerer Kern) und Änderungen des Magnetfelds, sondern umfassen auch einige Phänomene von der Erdoberfläche, wie etwa: atmosphärische Bewegungen, Meeresbewegungen, Landwasser, Gletscherbewegungen und Klimawandel.

International herrscht die Ansicht, dass das Phänomen der beschleunigten Erdrotation mit dem durch den jüngsten Klimawandel verursachten Schmelzeffekt der Gletscher in der Arktis und Antarktis zusammenhängen könnte. „In diesem Fall verringert sich der Druck auf die Erdpole, wodurch sich die Erdkruste nach oben bewegt und die Erde runder wird. Die runde Form trägt dazu bei, dass sich die Erde schneller dreht“, analysierte Duan Pengshuo.

Relevante Forschungsergebnisse zeigen, dass Faktoren an der Erdoberfläche dazu neigen, innerhalb eines 5-Jahres-Zyklus häufigere Änderungen der Erdrotationsgeschwindigkeit zu stimulieren, während sich Änderungen der Erdrotationsgeschwindigkeit, die durch Faktoren im Erdinneren verursacht werden, über einen 5-Jahres-Zyklus hinaus üblicherweise als Änderungen mit niedrigerer Frequenz manifestieren.

In diesem Zusammenhang glaubt Duan Pengshuo, dass die tatsächlich beobachteten Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit der Erde theoretisch durch mehrere Faktoren verursacht werden und das Ergebnis der kombinierten Wirkung der Bewegung von Materie innerhalb und außerhalb der Erde sind. Das heißt, dass die durch Faktoren außerhalb der Erde (wie Klimawandel, Gletscherschmelze usw.) verursachten schnellen Änderungen der Tageslänge die durch interne Faktoren der Erde (wie Kernbewegungen) verursachten Änderungen im Trend der Tageslänge überlagern. Dies führt letztendlich dazu, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Erde an einem bestimmten Tag (z. B. dem 29. Juni) einen „Höchstwert“ erreicht, was zum kürzesten Tag führt.

Änderung der Drehzahl

Keine notwendige Verbindung zur Chandler Swing

Bisher glaubte man, dass die schnellere Rotation der Erde und die kürzere Tageslänge mit der Chandler-Schwingung zusammenhängen könnten. Beim „Chandler Wobble“ handelt es sich um ein Phänomen, bei dem die Pole der Erde während der Rotation relativ zur Erdoberfläche leicht schwingen, da die Erde selbst weder eine reine Kugel noch ein streng starrer Körper ist. Die Periode dieser Schwingung beträgt etwa 433 Tage. Es handelt sich um eine Eigenfrequenz der Erschütterung der Erdrotationsachse relativ zum Boden und ist eine natürliche Eigenschaft der Erde.

Die Erdrotation umfasst die Rotationsgeschwindigkeit der Erde und die Polverschiebung. Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde wird als „Tageslänge“ bezeichnet und ist die Länge eines Tages, der nicht streng 24 Stunden beträgt. Die Polverschiebung ist die Bewegung der Erdpole, die sich als Bewegung der Erdrotationsachse relativ zur Erdoberfläche manifestiert. Duan Pengshuo sagte, dass es keinen notwendigen Zusammenhang zwischen der Erhöhung der Erdrotationsgeschwindigkeit und der Verkürzung der Tage sowie dem „Chandler Wobble“ gebe. Denn beim „Chandler Wobble“ handelt es sich um ein Phänomen der Polverschiebung der Erde, also um eine Änderung der Rotationsachse, nicht um eine Änderung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde.

Keine Anpassung der Telefonzeit erforderlich

Viele Menschen fragen sich: Müssen wir die Zeit auf unseren Mobiltelefonen umstellen, da sich die Erde immer schneller dreht?

Zur Bestimmung der Zeit gibt es auf der Welt zwei Zeitmesssysteme: die „Weltzeit“, die auf der Erdrotation basiert, und die „Atomzeit“, die auf der Schwingungsdauer von Atomen basiert.

„Universal Time“ ist die Greenwich Mean Solar Time, die sich auf die Standardzeit in Greenwich bezieht. Es handelt sich um ein Zeitmesssystem, das auf der Erdrotation basiert und zugleich eine Möglichkeit darstellt, die Rotationsgeschwindigkeit der Erde auszudrücken. Vor den 1970er Jahren wurde es häufig als grundlegendes Zeitmesssystem verwendet. „Da die Rotationsgeschwindigkeit der Erde ungleichmäßig ist, wird sie nicht mehr als einheitliche Zeitreferenz verwendet“, führte Duan Pengshuo ein.

Auf der 13. Internationalen Konferenz für Maß und Gewicht im Jahr 1967 wurde beschlossen, die von Cäsium-Atomuhren abgeleitete Zeit als Standard für die Zeitmessung zu verwenden. Atomuhren sind die genauesten bekannten Zeitmess- und Frequenznormale der Welt.

„Die Vorteile der Atomzeit liegen in ihrer hohen Stabilität und der sehr geringen Fehlerquote. Sie läuft seit 300.000 Jahren kontinuierlich mit einer Fehlerquote von weniger als einer Sekunde. Mit anderen Worten: Die tägliche Abweichung der Zeit beträgt nicht mehr als eine Zehnmillionstelsekunde“, sagte Duan Pengshuo.

Darüber hinaus umfasst das international gebräuchliche Zeitsystem neben der „Weltzeit“ und der „Atomzeit“ auch die „Koordinierte Weltzeit“. Duan Pengshuo führte ein, dass die Zeitskala, bei der der Unterschied zwischen „Atomzeit“ und „Weltzeit“ innerhalb von 0,9 Sekunden liegt, die „Koordinierte Weltzeit“ ist. Wenn es größer als 0,9 Sekunden ist, wird eine Schaltsekunde hinzugefügt.

„Hier verwendet die ‚Koordinierte Weltzeit‘ zunächst eine Frequenzmodulation und dann Schaltsekunden, um Einschränkungen mit der ‚Weltzeit‘ zu erreichen. Auf diese Weise kann die ‚Koordinierte Weltzeit‘ nicht nur die Einheitlichkeit der Atomzeit aufrechterhalten, sondern auch die Leistung der ‚Weltzeit‘ und die Erdrotation berücksichtigen.“ Duan Pengshuo sagte, dass unsere Mobiltelefone und andere Mobilgeräte die „Koordinierte Weltzeit“ verwenden. Die Tageslänge wird um 1,5 Millisekunden verkürzt, also deutlich unter 0,9 Sekunden, so dass eine Anpassung der Handyzeit nicht notwendig ist.

Duan Pengshuo sagte, dass der Verlust von 1,59 Millisekunden nicht so schlimm sei, da es innerhalb einer bestimmten Zeitspanne unvermeidlich sei, dass die beobachteten Daten zur Änderung der Tageslänge einen lokalen Minimalpunkt hätten und Momente kleiner als -1,59 ms in Zukunft wahrscheinlich erneut auftreten würden.

Quelle: Popular Science Times

Autor: Epic

Herausgeber: Wu Tong

Rezension: Wang Fei

Endrichter: Chen Lei