Artykuły na tym blogu są nieoficjalnymi tłumaczeniami XKCD What If. Teraz również na Facebooku!

11.06.2013

Sekundy przestępne

Oryginalny artykuł: Leap Seconds

Ruch obrotowy Ziemi zwalnia. W związku z tym raz na jakiś czas musimy dodawać do kalendarza sekundę przestępną. Czy moglibyśmy zamiast tego przyspieszyć obroty Ziemi?
— Anton (Berlin, Niemcy)

Ruch obrotowy Ziemi zwalnia. To jest irytujące.

Między innymi, utrudnia to zdefiniowanie standardowego czasu. I tak w użyciu jest zbyt wiele różnych standardów:
  • TAI, bazujący na zegarze atomowym, który nie uwzględnia w ogóle ruchu Ziemi.
  • UT0 i UT1, bazujący na precyzyjnych pomiarach ruchu obrotowego Ziemi.
  • GPS, używany przez satelity GPS.
  • UTC, używany przez komputery. Jest to standard podobny do TAI, z tą różnicą, że uwzględnia sekundy przestępne, aby pozostać w zgodzie z czasem słonecznym. 
  • TDT, TBT, TCB i TCG, które są jeszcze gorsze.
To prowadzi do wielu różnych problemów, w szczególności dla programistów. Przykładowo, zegar w podzespole GPS twojego telefonu śpieszy się 16 sekund względem zegara systemowego telefonu. Dzieje się tak, ponieważ zegar systemowy używa standardu UTC, który w odróżnieniu od standardu używanego przez GPS, uznaje sekundy przestępne. Oba zegary były w zgodzie w styczniu 1980 roku i najprawdopodobniej już nigdy więcej się nie pokryją.

Pół miliarda lat temu (kiedy Ziemia miała 4 miliardy lat a nie 4,5), dzień trwał 22 godziny. Od tego czasu siły pływowe Księżyca spowolniły ruch obrotowy Ziemi o 2 godziny. W dużym uproszczeniu tarcie pływowe działa tak: różnice potencjału grawitacyjnego powodują powstanie wybrzuszenia na Ziemi po stronie Księżyca oraz po przeciwnej stronie. Jednak Ziemia się obraca i przesuwa wybrzuszenie. Przyciąganie Księżyca stara się ustawić wybrzuszenie z powrotem w linii Ziemia — Księżyc, co tworzy moment siły działający przeciwnie do ruchu obrotowego Ziemi.

Rysunek wyjaśniający tarcie pływowe, który jest błędny niemal w każdym możliwym szczególe, jednak poprawny w ogólności.

Co ciekawe, Ziemia nie zwalnia tak szybko jak powinna, uwzględniając jedynie siły pływowe. Najważniejszym powodem, dla którego tak się dzieje, jest odkształcanie się Ziemi po ustąpieniu lądolodu. W czasie ostatniej epoki lodowcowej, skorupa na biegunach ugięła się pod ciężarem mas lodu. Od tego czasu skały nie powróciły jeszcze na swoje miejsce. W efekcie masa przesuwa się w stronę biegunów, bliżej osi obrotu planety:

Ziemia powraca do swojego naturalnego kształtu.

To przyspiesza obrót Ziemi, a przynajmniej zmniejsza tempo zwalniania.

Obecnie każdy dzień trwa 86400,0008 sekund — 0,8 milisekundy dłużej niż musiałby trwać, żeby uniknąć konieczności dodawania sekund przestępnych.

Wykres obrazujący wojnę powiędzy standardem czasu a czasem.

Ta różnica zmienia się w czasie w zależności od pogody i innych czynników. Od roku 1990 nawet nieznacznie się zmniejszyła. Jednak na dłuższą metę będzie się zwiększać wraz ze zwalnianiem ruchu obrotowego Ziemi. Gdybyśmy chcieli pozbyć się sekund przestępnych, musielibyśmy utrzymać stałą prędkość obrotu Ziemi a wcześniej skrócić dobę o blisko milisekundę. To jest poważne wyzwanie. Na wstępie możemy wykluczyć kilka złych pomysłów:

Kręcenie się na krześle. Oczywiście to chwilowo wpływa na prędkość kątową Ziemi, jednak w zbyt małym stopniu.

Silniki rakietowe na równiku. Ten pomysł nie zadziała, ponieważ gazy wylotowe pozostaną w atmosferze, która przekaże siłę z powrotem powierzchni planety, niwelując efekt. Można to porównać do wysiłku kierowcy, który siedząc w samochodzie próbuję rozpędzić auto pchając kierownicę. Silniki zainstalowane ponad atmosferą byłyby w stanie przyspieszyć Ziemię, jednak nie na tyle, żeby osiągnąć nasz cel.

Wywoływanie dużych trzęsień ziemi. Trzęsienia ziemi wpływają na długość dnia, jednak to wciąż za mało.

Koniec końców, zostaje tylko jedna metoda: bombardowanie asteroidami.

Musielibyśmy wysłać statek kosmiczny (pod dowództwem kapitana anty-Bruce’a Willisa) z misją wielokrotnego przelotu w pobliżu komety. Niewielkie zaburzenia grawitacyjne towarzyszące każdemu przelotowi będą się nawarstwiać z biegiem czasu. W ten sposób możemy skierować kometę na kurs kolizyjny z Ziemią. Uderzając Ziemię pod odpowiednim kątem zwiększymy moment pędu planety:

Uderzenie meteorytu rozwiązuje problemy.

Nawet jeśli kometa spłonie całkowicie w atmosferze, w ciągu kilku dni wiatr przekaże jej moment pędu powierzchni, która w czasie dekady przekaże moment pędu jądru. Opóźnienie oznacza, że musimy bardzo dokładnie zaplanować bombardowanie, żeby nie przesadzić.

Zła wiadomość jest taka, że aby uzyskać wystarczający moment siły, musimy bombardować Ziemię miliardami litrów skał na sekundę (dla porównania, jest to wielokrotność odpływu Amazonki). Łącznie daje to jedną dziewięciokilometrową, dinobójczą asteroidę na kilka dni. Ludzkość nie miałaby szans przetrwać długo w takich warunkach. Reszta życia na Ziemi byłaby w niewiele lepszej sytuacji.

A co by było, gdybyśmy zastąpili duże asteroidy ciągłym strumieniem małych?

Pocisk.

Zakładając, że B-612, planetka Małego Księcia, jest zbudowana ze skał i ma średnicę czterech metrów, potrzebowalibyśmy około pięćdziesięciu tysięcy takich asteroid na sekundę.

Czy wygoda programistów jest tego warta, Antonie?

Niestety, ciągły strumień meteorytów dostarczyłby atmosferze taką samą ilość energii co codzienne duże impakty, zatem ostateczny rezultat byłby taki sam: śmierć siedemiu miliardów ludzi, plus czterech miliardów Małych Książąt dziennie.

Ale w końcu, moglibyśmy przestać się martwić o sekundy przestępne.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz