A tot „rulat” recent o știre cu potențial de clickbait - că Terra se învârte mai repede decât de obicei și oamenii de știință nu știu de ce. Este vorba despre o milisecundă și jumătate, vorbind despre rotația planetei în jurul propriei axe în raport cu Soarele (24 de ore); nu prea poți observa asta, dar, desigur, pentru cercetători are altă relevanță. Pe de altă parte, de la formarea planetei, viteza de rotație în jurul propriei axe s-a tot diminuat: de la 19 ore acum 1-2 miliarde de ani, la 23 de ore în Jurasic (circa 200 milioane de ani). În prezent însă, Pământul se rotește mai rapid decât în ultimii 50 de ani, ceea ce a dus la zile mai scurte cu până la 1,5 milisecunde.
Mai interesant mi s-a părut însă următorul subiect: cum măsurăm, în fapt, cât durează o zi pe Terra? De unde știm cât anume durează până face Pământul o rotație completă? Ce înseamnă o rotație completă? La urma urmelor Terra este un punct de materie în univers, prins în jocul gravitațional universal, dar cu influențe majore ale Soarelui, cel mai masiv corp cosmic apropiat, dar și ale materiei din galaxia noastră, Calea Lactee, ceea ce face ca planeta noastră să aibă o traiectorie complicată, dacă desenăm, de exemplu, deplasarea în cadrul galaxiei. Pe de altă parte, Terra nu este fixă, ci se rotește în jurul Soarelui. Când se termină o rotație completă?
Revenind la modul în care calculăm durata unei zile pe Tera... La prima vedere, pare simplu: o zi are 24 de ore. Dar, în realitate, determinarea exactă a timpului necesar pentru ca Pământul să efectueze o rotație completă în jurul propriei axe este un proces științific complex, care implică observații astronomice de mare precizie, tehnologii moderne și ajustări periodice pentru a reflecta natura schimbătoare a rotației planetare.
Ce înseamnă de fapt „o zi”?
În astronomie, nu există o singură definiție a unei zile. De fapt, există două definiții principale:
• Ziua solară medie - durata medie dintre două momente succesive când Soarele se află pe cel mai înalt punct pe cer. Aceasta este ziua „obișnuită”, după care ne ghidăm ceasurile: 24 de ore.
• Ziua siderală - este durata necesară pentru ca Pământul să facă o rotație completă de 360° față de un punct fix de pe cer, cum ar fi o stea sau mai multe stele îndepărtate. Aceasta reflectă rotația reală a planetei în raport cu universul.
O zi siderală durează aproximativ 23 de ore, 56 de minute și 4,0905 secunde.
Diferența dintre cele două vine din faptul că, în timp ce Pământul se rotește, el se și deplasează pe orbita sa în jurul Soarelui. Așadar, pentru ca Soarele să revină în aceeași poziție aparentă pe cer, Pământul trebuie să se rotească puțin mai mult de 360°, ceea ce face ca ziua solară să fie mai lungă decât cea siderală.
Cum măsurăm durata reală a rotației Pământului?
Determinarea duratei exacte a unei rotații terestre presupune tehnici avansate de observație, care compară poziția Pământului față de obiecte cosmice foarte îndepărtate sau măsoară mișcări minuscule ale planetei.
1. Interferometrie (Very Long Baseline Interferometry - VLBI)
VLBI este una dintre cele mai precise metode folosite astăzi. Se bazează pe măsurarea semnalelor radio emise de quasari, obiecte cosmice aflate la miliarde de ani-lumină, considerate fixe. Mai multe telescoape aflate în locații diferite pe glob recepționează aceleași semnale, iar prin analiza diferențelor de timp dintre recepții se poate determina cu precizie poziția și orientarea Pământului în spațiu. Astfel, se obține informația exactă despre cât durează o rotație completă.
2. Măsurători cu lasere și sateliți geodezici
Anumiți sateliți, precum LAGEOS, sunt echipați cu oglinzi speciale care reflectă impulsuri laser trimise de la sol. Calculând timpul de întoarcere a fasciculului, cercetătorii pot determina poziția exactă a satelitului și, implicit, pot urmări modificări subtile în rotația Pământului.
3. Tehnologia GNSS (GPS, Galileo etc.)
Sistemele de poziționare globală contribuie indirect la măsurarea rotației Pământului. Variațiile detectate în semnalele satelitare pot reflecta schimbări minore în orientarea planetei, inclusiv oscilații ale axei de rotație.
Ce este TAI și cum se leagă de durata zilei?
Pentru a avea un standard de timp stabil, oamenii de știință au creat TAI (Temps Atomique International) — un timp măsurat cu ceasuri atomice, care se bazează pe oscilațiile atomului de cesiu-133. O secundă este definită ca 9.192.631.770 oscilații ale acestui atom.
TAI nu reflectă însă variațiile naturale ale rotației terestre. Aici intervine UTC (Coordinated Universal Time) — timpul legal și convențional folosit la scară globală.
Ce este UTC și de ce avem nevoie de el?
Timpul universal coordonat este timpul oficial folosit în lume (ceasuri, telefoane, posturi TV; ajustate la fusul orar) și este un compromis între precizia timpului atomic și realitatea astronomică a rotației Pământului.
Deși se bazează pe TAI, UTC include corecții numite „secunde suplimentare”, care se adaugă ocazional pentru ca ora oficială să rămână sincronizată cu mișcarea reală a planetei.
Fără aceste corecții, Soarele ar ajunge, în mii de ani, să „răsară” noaptea, pentru că TAI este perfect constant, iar rotația Pământului nu este.
De ce variază rotația Pământului?
Pământul nu se rotește constant. Durata unei zile poate varia cu milisecunde din cauze precum:
• mareele, care încetinește progresiv rotația;
• cutremurele sau deplasările mari de masă terestră;
• topirea ghețarilor și redistribuirea apei pe glob;
• mișcările atmosferice și ale nucleului lichid intern.
> Citește și: Cum funcționează mareea (același mecanism ridică nivelul apei pe Terra, dar are multe alte efecte extraordinare asupra Pământului, Lunii și la nivel intergalactic!)
Aceste variații sunt monitorizate de IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service), care publică zilnic diferența dintre UT1 (timpul astronomic real) și UTC și care ia decizia de a introduce o secundă suplimentară când diferența depășește 0,9 secunde.
UT1 (Universal Time 1) este o variantă a timpului universal (UT), care reflectă rotația reală a Pământului în raport cu stelele îndepărtate (cerul fix).
În ce privește interferometria (VLB ) folosită pentru identificarea precisă a rotației planetei, IERS explică următoarele:
„VLBI măsoară diferențele de timp dintre semnalele (din segmentul microundelor) provenite de la surse radio extragalactice, recepționate la două sau mai multe observatoare radio. În general, sesiunile de observație geodezică durează 24 de ore și urmăresc mai multe surse radio diferite, distribuite pe întreaga boltă cerească. Observatoarele pot fi situate la distanțe foarte mari între ele; sensibilitatea observațiilor la variațiile de orientare ale Pământului crește odată cu dimensiunea rețelei VLBI.
Până în prezent, au fost măsurate coordonatele geocentrice pentru aproximativ 120 de locații, atât staționare, cât și „mobile”, folosind tehnica de sinteză a lățimii de bandă Mark-III (sau echivalentă). Mai mult de jumătate dintre acestea dispun de serii de observații suficient de lungi încât să permită estimarea fiabilă a vitezei tridimensionale.
În mod similar, au fost determinate coordonatele cerești pentru peste 600 de surse radio.
VLBI este singura tehnică capabilă să măsoare cu precizie și simultan toate componentele orientării Pământului.
În prezent, determinările VLBI ale variațiilor rotației Pământului, precum și ale coordonatelor obiectelor terestre și cerești, se fac în mod curent și regulat, cu o precizie estimată de aproximativ ±0,2 miliarcsecunde sau mai bună”.
Iată și ultima notificare publică a IERS privind secundele suplimentare, de acum câteva zile:
S-au adăugat 27 de secunde suplimentare între 1972 și 2025 pentru ca UTC să rămână sincronizat cu UT1, timpul bazat pe rotația reală a Pământului.
Așadar, cât durează cu adevărat o zi?
Depinde ce întrebi:
• Zi solară medie: 24 de ore = 86.400 secunde (folosită în viața cotidiană)
• Zi siderală: aproximativ 23h 56m 4,0905s = 86.164,0905 secunde (folosită în astronomie și știință)
• Diferența este de aproximativ 3 minute și 56 de secunde, care se acumulează zilnic, iar de aceea stelele par să „răsară” cu patru minute mai devreme în fiecare noapte.
Concluzie
Durata unei zile nu este doar o convenție de 24 de ore. Este rezultatul unui echilibru între rotația efectivă a planetei, timpul calculat de ceasurile atomice și nevoia noastră de a păstra legătura cu Soarele.
Rotația Pământului se măsoară față de stele îndepărtate, cu ajutorul celor mai avansate tehnologii disponibile, și este urmărită la nivel global pentru a menține sincronizarea între lumea naturală și sistemele noastre de timp.
