Ruch księżyca sprawia, że doba się wydłuża
W ostatnich miliardach lat doba znacznie się wydłużyła za sprawą ruchu Księżyca. Naukowcy ustalili to dzięki metodzie, która pozwala na analizę zachowania Ziemi w Układzie Słonecznym nawet przed ponad miliardem lat.
Dla każdego, kto chciałby, aby dni były dłuższe, naukowcy z University of Wisconsin-Madison mają dobrą wiadomość - doba nieustannie się wydłuża. Przed 1,4 mld lat trwała zaledwie 18 godzin.
Przynajmniej w części wynika to ze zmiany odległości Księżyca od Ziemi. "Podczas gdy Księżyc się oddala, Ziemia zachowuje się podobnie jak wirujący łyżwiarz, który zwalania, kiedy prostuje ramiona" - wyjaśnia prof. Stephen Meyers, autor badania opublikowanego na łamach pisma "Proceedings of the National Academy of Sciences".
Jego zespół wykorzystał astrochronologię - metodę łączącą astronomię z danymi geologicznymi - aby zajrzeć w daleką przeszłość Ziemi, zrekonstruować historię Układu Słonecznego i zrozumieć zapisane w skałach dawne zmiany klimatyczne.
"Naszą ambicją było m.in. użycie astrochronologii do określania czasu w jak najbardziej zamierzchłej przeszłości. Chcemy być w stanie badać skały liczące miliardy lat w sposób porównywalny do tego, w jaki bada się młode procesy geologiczne" - opowiada prof. Meyers.
Problem jest niezwykle skomplikowany. Na ruch Ziemi wpływają bowiem inne ciała, w tym planety czy właśnie Księżyc. W ten sposób zmienia się precesja Ziemi (zmiana kierunku jej osi) i jej orbita wokół Słońca, co z kolei wpływa na nasłonecznienie planety i klimat. Opisują to tzw. cykle Milankovicia.
Naukowcy obserwowali geologiczne ślady tych zmian, sięgające setki milionów lat wstecz. Cofnięcie się jeszcze dalej w przeszłość oznacza niestandardowe wyzwania, gdyż typowe metody badań geologicznych, jak np. analizy radioizotopowe, przestają wystarczać.
Jedną z największych przeszkód jest jednak zjawisko zwane chaosem Układu Słonecznego, odkryte w 1989 r. przez astronoma Jacquesa Laskara.
Otóż Układ Słoneczny składa się z potężnej liczby poruszających się obiektów. Tymczasem nawet niewielka zmiana w ich ułożeniu, w skali czasu mierzonej w milionach lat, może przynieść konsekwencje trudne do przeoczenia.
Jak wyjaśniają badacze, próby odtwarzania przeszłości przypominają więc w tym wypadku śledzenie wstecznego przebiegu słynnego efektu motyla.
Choć w ubiegłym roku zespołowi prof. Meyersa udało się to obliczyć dla okresu 90 mln lat historii Ziemi, dalsze analizy nie były możliwe przy zastosowanych metod.
Księżyc oddala się np. od Ziemi z prędkością 3,82 cm rocznie. Gdyby tego właśnie tempa użyć np. do okresu 1,5 mld lat - wówczas okazałoby się, że satelita byłby tak blisko Ziemi, że rozpadłby się z powodu oddziaływań grawitacyjnych. Tymczasem liczy on sobie 4,5 mld lat.
Szczęśliwym zbiegiem okoliczności prof. Meyers nawiązał współpracę z prof. Alberto Malinverno z Columbia University. Dwójce specjalistów udało się połączyć opracowane przez prof. Meyersa zaawansowane metody statystyczne, określające pojawiającą się z upływem czasu niepewność z teoriami astronomicznymi i danymi geologicznymi.
Swoje podejście badacze przetestowali następnie na dwóch nadających się do tego formacjach skalnych - liczącej 1,4 mld lat formacji Xiamaling w Chinach i liczącym 55 lat śladom w skałach Grzbietu Wielorybiego na Atlantyku.
Przetestowaną metodę wykorzystali potem do określenia zmian w precesji Ziemi, kształcie jej orbity wokół Słońca, a także długości dnia i odległości Księżyca od Ziemi w niedostępnej wcześniej skali czasowej.
Badanie uzupełnia się wzajemnie z innymi projektami opartymi na analizie skał i cykli Milankovicia.
Niedawno, wykorzystując metodologię badania skał, inny zespół z Columbia University potwierdził niezwykłą regularność fluktuacji kształtu orbity Ziemi od prawie kołowej po bardziej eliptyczną, zachodzącej w trwających 405 tys. lat cyklach.
Nowozelandzka grupa przy współpracy z prof. Meyersem powiązała natomiast zmiany w ziemskiej orbicie z przebiegiem ewolucji i wyginięciem przed 450 mln lat morskich zwierząt zwanych graptoloidami.
"Zapisy geologiczne to astronomiczne obserwatorium wczesnego Układu Słonecznego. Patrzymy na jego pulsujący rytm, zapisany w skałach i historii życia" - mówi prof. Meyers.
Więcej informacji: http://www.pnas.org/content/early/2018/05/30/1717689115
http://www.pnas.org/content/early/2018/05/01/1800891115/tab-article-info
http://www.pnas.org/content/115/22/5686
mat/ zan/
