Несколько миллиардов лет назад гравитационное взаимодействие между Землей и Солнцем привело к уникальному явлению — замедлению вращения нашей планеты. Без этого явления, длительность суток на Земле могла бы достигать около 60 часов. Исследования, опубликованные в журнале Science Advances, подробно описывают этот процесс и его последствия.
На протяжении своей истории Земля не всегда имела 24-часовой день, какой мы знаем сегодня. Вариации в длительности суток обусловлены, главным образом, вращением Земли, которое подвержено гравитационному влиянию Луны.
В процессе вращения Земли вокруг своей оси, гравитационная сила Луны неоднородна на всей поверхности планеты из-за различных расстояний между Луной и разными частями Земли. Когда Луна находится над определенной точкой Земли, гравитационное воздействие на эту точку сильнее, чем на другие области Земли. Над океанами это вызывает небольшой подъем уровня воды, создавая прилив. Однако, из-за временной задержки между положением Луны и вращением Земли, этот подъем воды не происходит непосредственно под Луной.
Фактически, Земля продолжает вращаться, вызывая подъем воды на восточной стороне от текущего положения Луны. Это означает, что подъем воды опережает положение нашего спутника. В результате гравитационная сила, возникающая при подъеме воды, создает пару сил на Земле. Пара сил — это пара равных и противоположных сил, вызывающих вращательное движение. В данном случае гравитационный момент, вызванный поднимающейся водой, приводит к замедлению вращения Земли. Этот процесс является результатом диссипации кинетической энергии вращения Земли под воздействием приливных сил.
Солнце также играет определенную роль в определении длительности суток на Земле. Существуют два типа приливных сил, порождающих вращательный момент. Первый тип — лунная приливная пара, которая, подобно солнечной, вызывает незначительные изменения в океанических приливах, влияя на замедление вращения Земли. Второй тип — тепловая приливная пара. Когда солнечный свет нагревает атмосферу, она расширяется, создавая дополнительное воздействие, с которым может взаимодействовать гравитация Солнца. Это воздействие заставляет Землю вращаться быстрее. Однако, несмотря на более сильную гравитацию Солнца, наша звезда находится в 390 раз дальше от Земли, чем Луна. Поэтому лунные приливы всегда оказывают вдвое большее влияние.
В результате процесса замедления вращения Земли, сутки становятся немного длиннее. Интересно отметить, что при формировании Луны около 4,5 миллиардов лет назад, длительность суток на Земле составляла около 10 часов.
Однако астрофизики, изучая геологические следы приливов и отливов в древних горных образованиях, обнаружили период от 2 миллиардов до 600 миллионов лет назад, когда несколько приливных сил уравновешивали друг друга. В результате этого взаимодействия продолжительность суток должна была составлять около 19,5 часов. Атмосфера Земли тогда была теплее, что влияло на тепловые волны, создаваемые солнечным светом в атмосфере. Повышенная температура приводила к более высокой скорости этих волн. Частота прохождения волн через атмосферу создавала атмосферный резонанс, который усиливал их воздействие.
В течение более миллиарда лет этот резонанс и длительность суток на Земле синхронизировались: атмосферные волны резонировали каждый раз, когда Земля поворачивалась примерно на пол-оборота. Поскольку период вращения Земли почти в два раза превышал период резонанса, солнечные приливы становились сильнее под воздействием Солнца, что усиливало гравитацию солнечных приливов. Таким образом, влияние Солнца на вращение Земли частично противодействовало влиянию лунных приливов. Около 600 миллионов лет назад длительность суток на Земле снова начала увеличиваться.
Если бы этого не произошло, современные сутки могли бы длиться более 65 часов.