Čudo inženjerstva menja vreme: Kineska megabrana usporava Zemljinu rotaciju

Naši drevni preci delili su život na dane, prateći prirodni ritam izlaska i zalaska Sunca. Ovaj sistem je funkcionisao milenijumima, ali u 20. veku naučnici su došli do velikog otkrića: Zemlja je zapravo loš "merač vremena".

Zašto? Ispostavlja se da nijedna rotacija - nijedan dan - nije potpuno iste dužine, piše Sciencefocus.

Misija Artemis II bila trijumfalna, ali najteže tek sledi: Može li NASA da spusti čoveka na Mesec do 2028. godine?

Beograd na mapi sveta: Srpski astronomi za UNU o najvećoj kameri na planeti koja će otkriti tajne svemira

Postoji mnogo faktora koji mogu uticati na rotaciju Zemlje, uključujući zemljotrese. Potres u Japanu 2011. godine – onaj koji je izazvao nuklearnu nesreću u Fukušimi – ubrzao je Zemljinu rotaciju za 1,8 milionitih delova sekunde.

Gravitacija Meseca takođe doprinosi svemu ovome. Ona pokušava da „zadrži“ naše okeane na mestu, ali se Zemlja ipak okreće ispod njih. Ovo plimno trenje oduzima Zemlji deo rotacione energije, što znači da se dan produžava za oko dve hiljadite sekunde (2 milisekunde) po veku.

Iako je usporavanje dugoročni trend, postoje i kratkoročni rekordi u suprotnom smeru. Na primer, 29. jun 2022. bio je najkraći zabeležen dan, za 1,59 milisekundi kraći od proseka, čime je oboren prethodni rekord iz 2020. To se pripisuje promenama duboko u Zemljinom jezgru.

Naučnici su takođe otkrili da takozvane megastrukture koje je izgradio čovek mogu uticati na rotaciju Zemlje. Primer je brana Tri klisure visoka 185 metara. Nalazi se na reci Jangce u provinciji Hubej u centralnoj Kini i najveća je brana na svetu, duža od 2.300 metara.

Njene brojke su zapanjujuće. Izgrađena je od 28 miliona kubnih metara betona i količine čelika dovoljne za izgradnju 63 Ajfelove kule. Gradilo ju je 40.000 ljudi tokom 17 godina, uz ukupne troškove od 37 milijardi dolara. Brana može da zadrži 40 milijardi kubnih metara vode – što je oko 16 miliona olimpijskih bazena.

Još 2005. godine, NASA-in naučnik dr Bendžamin Fong Čao izračunao je da koncentracija takve mase na jednom mestu može uticati na rotaciju Zemlje. Ta tvrdnja se nedavno ponovo proširila društvenim mrežama, ali koliki je zapravo uticaj brane i zašto?

Čao je izračunao da, kada je puna, brana može produžiti trajanje dana za 0,06 mikrosekundi – to je 60 milijarditih delova sekunde.

Takođe je procenio da brana može pomeriti Zemljine polove za oko dva centimetra. Međutim, ta vrednost stalno varira. Prema profesoru Majku Tomasu i dr Robertu Dilu iz Nemačkog istraživačkog centra za geonauke, postoji „manje-više sezonska varijacija u rotaciji Zemlje usled sezonskih promena nivoa vode“.

Astronautkinja objavila šta ju je dočekalo nakon Artemisa II: Snimak obišao svet

Ali kako nešto što smo izgradili može uticati na rotaciju cele planete?

Sve se svodi na pojam „momenat inercije“. To je mera koliko se neko telo opire promeni kretanja – što je masa veća i što je udaljenija od centra rotacije, to je otpor okretanju veći.

Brana Tri klisure nalazi se na 185 metara nadmorske visine u svojoj najvišoj tački. Kada je puna, povećavaju se i lokalna masa i udaljenost te mase od ose rotacije. Drugim rečima, moment inercije raste, stvarajući (veoma, veoma mali) otpor Zemljinoj rotaciji.

Da bismo razumeli kako to usporava Zemlju, treba da govorimo o ugaonom momentu. To je ukupna „količina okretanja“ koju telo ima i zavisi i od brzine rotacije i od raspodele mase. Ključna stvar kod ugaonog momenta jeste da se on uvek održava – ukupna vrednost u jednom sistemu ostaje ista i ne može se promeniti. 

Klizači na ledu često se koriste kao primer. Sa raširenim rukama okreću se sporije. Kada ih privuku uz telo, naglo ubrzavaju, jer ukupni ugaoni moment mora ostati isti. Ako postanu kompaktniji, smanjuju udaljenost mase od ose rotacije, pa brzina mora da se poveća da bi se očuvao isti ugaoni moment.

Isti princip očuvanja ugaonog momenta važi i za sistem Zemlja-Mesec, ali je efekat obrnut. Kao što smo ranije videli, interakcija Meseca i Zemlje usporava rotaciju planete. Da bi se održala ukupna „količina okretanja“, sistem mora postati manje kompaktan.

Dakle, da bi se održao isti ukupni ugaoni moment, brzina rotacije Zemlje mora da se smanji. Zato brana usporava Zemljinu rotaciju za 60 milijarditih delova sekunde. „Uticaj drugih megastruktura može biti još manji“, kažu Tomas i Dil.

Oni takođe ističu da su druge ljudske aktivnosti imale veći uticaj na rotaciju Zemlje nego Tri klisure.

„Aralsko jezero je izgubilo više od tri četvrtine svoje zapremine od 1960. godine“, navode.

Tamna materija ponovo zbunila naučnike: Nova teorija donosi drugačiji pogled

Smešteno između Kazahstana i Uzbekistana, Aralsko jezero nekada je bilo treće najveće na svetu, pre nego što su Sovjeti preusmerili mnoge reke koje su ga napajale za potrebe navodnjavanja. Tomas i Dil procenjuju da je usporavanje Zemljine rotacije zbog toga bilo više nego tri puta veće od efekta izgradnje brane Tri klisure.

„Pomeranje Zemljine ose rotacije ka Kanadi usled gubitka mase leda na Grenlandu znatno je veće“, kažu Tomas i Dil. 

Procene govore da su promene u dužini dana zbog toga oko deset puta veće nego kada je brana Tri klisure prvi put napunjena.

U čemu je onda problem?

S obzirom na to koliko su ove promene male, zašto su uopšte važne? Da bi kontrolisale satelite i uspešno navigirale sonde koje posećuju druge planete Sunčevog sistema, svemirske agencije moraju vrlo precizno znati orijentaciju i period rotacije Zemlje.

Suptilne promene izazvane megastrukturama poput brane Tri klisure – a još više načinom na koji menjamo prirodno okruženje – dovoljno su značajne da mogu poremetiti putanje sondi ako se ne uzmu u obzir.

Uz sve te uticaje – pored onih koje izazivaju Mesec, zemljotresi i procesi duboko u unutrašnjosti Zemlje – nije čudo što naučnici imaju poteškoća da koriste Zemlju kao sat. Sekunda se više ne definiše kao deo perioda Zemljine rotacije, već kao vreme potrebno da atom cezija izvrši nešto više od devet milijardi oscilacija.

Naši preci su možda koristili planetu pod svojim nogama kao ogroman sat, ali u suštini to je vrlo nepouzdan sat. I što više utičemo na svet oko sebe, to će to biti još izraženije.

Artemis II se vratio: Šta smo naučili iz prvog ljudskog obletanja Meseca u 21. veku?

Zašto je sletanje na Mesec teže od povratka na Zemlju? Stručnjaci objašnjavaju izazove bez atmosfere