なぜ日が長くなっているのでしょうか？

地球の減速の原因

何百万年も減速し続けている地球

地球自体の自転は、地質学的時間スケールでは一定ではありません。 化石サンゴとストロマトライトの古生物学的分析は、4 億年前、地球の 1 年は約 420 日であったことを示しています。 この現象は、角運動量の保存と地球と月の間の重力相互作用に関連する基本的な物理法則によって説明されます。

月は地球の速度を遅くする：潮汐力の影響

減速の主な要因は、潮汐力月によってもたらされる。この力により、固体および流体の地球に変形が生じます。 地球のマントルの粘性と海洋の慣性により、この潮汐隆起は月に直接向かうのではなく、わずかに前方を向いており、制動トルクが発生します。 このカップルは、地球の自転の角運動量を月の公転運動に伝達する傾向があり、月は徐々に私たちから遠ざかっていきます (約 3.8 cm/年)。

エネルギー伝達、熱放散、日の延長

このエネルギー伝達には熱放散（主に海洋）が関与し、地球の自転の減速を引き起こします。 現在、平均日の長さは 1 世紀あたり約 1.7 ミリ秒ずつ増加しています。この変動は小さいように見えるかもしれませんが、何百万年にもわたって累積的に大きくなります。

不安定で予測できない回転

地球は、天の北極に向かって傾斜し、仮想の軸の周りを回転します。 赤道では、この回転により約 1674.364 km/h の表面速度が発生します。 長い間、普遍的な基準基と考えられていたこの回転は、時間を正確に測定するために使用されていました。 しかし実際には、この速度は一定でも完全に規則的でもありません。地球は微妙ではあるが測定可能な変動を経験し、時間の非同期を引き起こします。

1960 年代以降、これらの不正行為により、うるう秒回転の徐々に遅くなるのを補うため。 原子時と天文時との整合性を維持するために、合計 34 秒が追加されました。 場合によっては 61 秒続く分もあります。 この現象は、短期的にはわずかなものではありますが、時間の定義を常に再評価する必要があることを浮き彫りにしています。

地球の減速の原因

地球の自転の不安定性は、内部要因と外部要因の組み合わせによるものです。 地球は完全に剛体ではありません。そのさまざまな層（金属核、マントル、地殻、大気）は、動的かつ非同期的に相互作用します。 そこには月は、その潮汐作用を通じて、何十億年もの間、地球のマントルの回転に対する自然なブレーキとして機能してきました。 しかし、惑星や太陽などの太陽系の他の天体も、重力を通じてこの速度の低下に寄与しています。

気まぐれな時空の影響を受ける惑星

時折、地球物理現象によって 1 日の長さが変化することもあります。大陸移​​動、大地震、海流、気象現象激しい。 これらの効果により、回転が数マイクロ秒速くなったり遅くなったりすることがあります。 私たちの惑星は実際には、星の質量によって湾曲した宇宙のトランポリンである時空の四次元構造の上で「翻弄」されています。 これら重力流一般相対性理論によって予測される混沌は、地球の慣性挙動に永続的に影響を与えます。

原子秒と天文時間の関係

1967 年に、2 番目はセシウム 133 原子の 9,192,631,770 回の振動に基づいて原子的に再定義されました。 しかし、この定義は恒星日または太陽日を完全に分割するものではありません。 小さな誤差が残り、上記の自然変動によって増幅されます。

なぜ日の長さを正確に測定するのでしょうか?

こうした変動により、継続的な監視一日の長さ。 時間測定システムは、地上の機器と宇宙の機器の間で時間的な一貫性を確保するために、定期的に再同期する必要があります。 この精度は、最新のテクノロジー、特に次のようなグローバル ナビゲーション システムにとって不可欠です。GPS。 高度 20,000 km では、時間の計算に数マイクロ秒のずれがあると、地表で数百メートルの測位誤差が生じます。

IERS と地球規模の気象監視

このような理由から、IERS(International Earth Rotation and Reference Systems Service) は、地球の回転の変動を継続的に監視しています。 これらの観察により、世界的な法定時間を定期的に調整し、時間に依存するシステムの信頼性を確保することが可能になります。

2035 年のうるう秒の終わりに向けて

1972 年以来、協定世界時 (UTC) は、追加することによって時々調整されてきました。うるう秒原子時間に対する地球の自転の不規則な減速を補償するために。この追加の 1 秒は、UTC と世界時 UT1 の差を 0.9 秒未満に保つために、通常は 6 月末または 12 月末に予期せず挿入されます。科学的には正当化されていますが、このプロセスは世界中のコンピュータ システムにとって問題であることが判明しています。

デジタル時間の問題となる不連続性

うるう秒を挿入すると時間的な不連続が生じます。多くのグローバルなコンピュータ システムとネットワーク (以下の目的で使用されるものを含む)衛星ナビゲーション(GNSS)、金融取引または通信インフラ、連続的で厳密に単調な時間要件で動作します。突然 2 番目を追加すると、この連続性が損なわれ、同期エラー、サービスの中断、さらには重大な停止が発生する可能性があります。

重大なインシデントを明らかにする

これらの秒が挿入されると、サーバーのシャットダウン、GPS システムのブロック、オンボード ソフトウェアの誤動作など、重大なインシデントが何度か報告されています。グローバル同期の複雑さが増すにつれて、この操作のコストとリスクがますます増大しています。たとえば、2012 年には、うるう秒により航空会社やソーシャル メディア システムに障害が発生し、この手法が現代のデジタル ニーズにますます不適切であることが明らかになりました。

2035年に放棄するという決定

これらの課題に直面して、国際電気通信連合 (ITU) と国際度量衡局 (BIPM) は、科学主要国の同意を得て、2022 年 11 月に次のことを投票で決定しました。2035年からうるう秒の廃止。その後、UTC システムは天文時 (UT1) から徐々に非同期になりますが、このドリフトはゆっくりで、地球の自転の進化に応じて 50 ～ 100 年に約 1 秒かかります。

技術の継続性と天文学的な精度との妥協点

この技術的な妥協により、完璧な時間の連続デジタル システムについては、長期的には再調整の可能性についての決定は将来の世代に委ねられます。私たちはすでに、例えば 500 年または 1000 年ごとに 1 分ごとなど、さらに間隔をあけた調整の可能性について話しています。この歴史的変化は、文明時と天文時の間の区切りを示していますが、デジタル時代に適応した時間的慣習。

地球の自転はどのように測定されるのでしょうか?

星が明らかにする地球の自転

地球の自転の測定は、高精度の天文学的、測地学的、物理的手法の組み合わせに基づいています。 歴史的に、日の概念を定義することを可能にしたのは、物体、特に太陽と星を観察することでした。 今日、現代の技術により、日の長さの変化をマイクロ秒単位の精度で測定することが可能になりました。

恒星日から太陽日まで: 2 回の同期のずれ

最も古い方法は恒星時、つまりローカル子午線における同じ星の連続する 2 つの通過を分ける継続時間に基づいています。 この回転周期は、恒星日、約23:56:4.0905続きます。 よりも少し短いです平均太陽日、地球が太陽の周りを公転するため、それは24時間続きます。 これら 2 つの時間を比較すると、地球の回転の微妙な違いが明らかになります。

原子時計革命

20 世紀半ば以降、原子時計の登場により時間計測学に革命が起こりました。 2 つ目は現在、セシウム 133 原子の超微細振動から絶対的に定義されています。 1967 年、一般度量衡会議 (CGPM) はこの定義を次のように設定しました。9,192,631,7701 秒あたりの振動数。 ザ国際原子時 (TAI)したがって、物理時間の絶対的な基準となっています。

UTC: 空と原子間の同期

TAI と地球の実際の回転 (天文学的手法で測定) を比較することで、偏差を検出できます。 これらの偏差は、と呼ばれる修正された世界時に編集されます。UTC (協定世界時)を追加または削除しますうるう秒TAIとUT1の差が0.9秒を超えた場合。

測地精度の空間測定

地球の自転は、次のような宇宙測地技術によっても測定されます。VLBI(超長基線干渉法)、非常に遠く離れたクエーサーから発せられる無線信号を使用して、さまざまな緯度にある地球局の正確な位置を決定します。 この技術は、章動、歳差運動、極運動など、地球の向きのわずかな変化を検出できます。

その他のツールは、地球の回転の詳細な測定に貢献します。

• SLR (衛星レーザー測距): レーザーパルスを使用して地球と逆反射衛星の間の距離を測定します。
• GNSS (全地球測位衛星システム): 軌道上の衛星の位置と時計を分析して、1 日の長さの変化を推定します。
• DORIS (衛星によるドップラー軌道測位と無線測位の統合): ドップラー効果を使用して衛星の位置を決定し、地球の回転を監視するフランスのシステム。

最後に、国際地球回転サービス (IERS)これらすべての測定を調整し、科学的応用、電気通信、天文学、宇宙航行に不可欠な地球の回転パラメータを定期的に公開しています。

長期的な影響

月と同期して自転する地球へ

地球の自転の減速は、いくつかの物理的、天文学的、気候的な影響を及ぼします。 非常に長期的に（数十億年）、この傾向が続けば、地球は次のような状態に達する可能性があります。同期回転月の場合、地球上の 1 日は太陰月と同じくらい長く続き、月は地球上の 1 つの半球から見え続けることになります。これは、すでに私たちにとってその逆の場合と同様です。

原子時間と天文時間: 拡大するギャップ

同時に、この速度低下は時間測定システムに統合されます。 ザ世界時 (UT1)、地球の自転に基づいて、ゆっくりと発散します。国際原子時 (TAI)。 この一貫性を維持するために、閏秒が不規則に追加されます。協定世界時 (UTC)。 しかし、このプロセスは世界的なデジタル システムにとって複雑であるため、2035 年に廃止される予定です。

潮汐摩擦、惑星進化の原動力

最後に、より大きなスケールでは、潮汐エネルギーの散逸は惑星系の動的な進化において重要な役割を果たします。 と呼ばれるこのメカニズムは、潮汐摩擦、特に、恒星に対する特定の系外惑星の重力ロックにおいて、系外惑星系にも影響を及ぼします。