Huikea yllätys: Maapallon pyöriminen kiihtyi viime kesänä nopeammaksi kuin koskaan, ja 2021 voi koittaa täysin ennennäkemätön tilanne – negatiivinen karkaussekunti
19.7.2020 Maa pyörähti akselinsa ympäri peräti 1,46 millisekuntia nimellisarvoa nopeammin.
Maapallon pyöriminen on kiihtynyt yllättäen vuoden 2020 aikana. Vaikka kyse on millisekunneista, eikä ilmiötä ole mahdollista huomata arjessa, muutos on tähtitieteen mittapuulla varsin suuri. Koska pyörimisliike on nimenomaan kiihtynyt eikä hidastunut, muutos on samalla yllättävä (tästä lisää alempana).
Brittilehti The Telegraph kertookin, että 19. heinäkuuta mitattiin kotiplaneettamme nopein pyörähdys akselinsa ympäri ikipäivänä sen jälkeen, kun pyörimisliikkeen tarkan mittaamisen mahdollistavat atomikellot tulivat käyttöön 1960-luvulla.
Tämä pyörähdys kesti 1,4602 millisekuntia nimellistä arvoa vähemmän. Edellisen kerran ennätyksiä mitattiin vuonna 2005, mutta vuonna 2020 vanha ennätys rikottiin peräti 28 kertaa.
Nopea pyöriminen on jatkunut myös loppuvuoden 2020 ja alkuvuoden 2021 aikana. The Telegraphin mukaan alkaneen vuoden pyörähdyksistä odotetaankin keskimäärin jopa 0,5 millisekuntia nimellisarvoa nopeampia.
Tämä herättää mielenkiintoisen mahdollisuuden: ei ole mahdotonta, että ajanlaskusta jouduttaisiin vähentämään sekunti Maan pyörimisen ja tarkkojen atomikellojen eron tasaamiseksi.
Kyseessä olisi toisin sanoen negatiivinen karkaussekunti, jollaista ei ole koskaan ”lisätty” ajanlaskuumme. The Telegraphin haastattelema fyysikko Peter Whibberley Britannian kansallisesta fysiikan laboratoriosta ei kuitenkaan alkanut ennustaa, käykö näin todella vai ei. Hänen mukaansa negatiivinen karkaussekunti on ”mahdollinen”.
Mitä karkaussekunti on?
Karkaussekunti tarkoittaa ylimääräistä sekuntia, joka lisätään kansainväliseen utc-aikaan joko heinäkuun tai joulukuun lopussa. Silloin kellonlyömää 31.12. 23:59:59 utc ei seuraakaan 1.1. 00:00:00 utc vaan 31.12.23:59:60 utc.
Karkaussekuntien tarve johtuu toisaalta siitä, että Maan pyörimisliike hidastuu vuosisatojen ja -tuhansien saatossa vuorovesi-ilmiön kitkan vuoksi – ja toisaalta siitä, että sekunnin määritelmä ei ole ollut enää vuoden 1967 jälkeen sidottu Maan pyörimiseen vaan cesium-atomien värähtelyihin.
Niinpä vuorokauden keskimääräinen mitta ei olekaan enää täsmälleen nimelliset 86400,000 sekuntia.
Pyörähdysliikkeen hidastuminen on siis odotettua, mutta sen kiihtyminen vastoin pitkän ajan hidastuvaa trendiä yllättää.
Koska pyörivän kappaleen tai järjestelmän pyörimismäärä säilyy absoluuttisesti aina, Maan pyörimisliikkeen vähittäinen hidastuminen vuorovesien takia tarkoittaa samalla, että Kuu loittonee Maasta. Tällä tavoin pyörimismäärän summa ei muutu.
Vastaavasti pyörimisliikkeen kiihtyminen tarkoittaa, että Maan massan on täytynyt muotoutua lievästi uudelleen lähemmäs akselia, toisin sanoen aiempaa ”suipommaksi” tai ”kapeammaksi”. The Telegraphin artikkeli ei kuitenkaan kerro, ovatko fyysikot saaneet selvitettyä sitä nimenomaista geofysikaalista muutosta, joka on aiheuttanut tämänhetkisen kiihtymisen.
Karkaussekunneista on hyödyn lisäksi myös haittaa, sillä tietokonejärjestelmät saattavat seota niistä. Niinpä vaihtoehtona olisi, että atomikellojen ajan ja Maan pyörimiseen sidotun ajan annettaisiin erkaantua toisistaan. The Telegraphin mukaan karkaussekuntien lopullisesta kohtalosta päätetään vuonna 2023.
Vuorokausi ja pyörähdysaika ovat ERI asiat
Maa pyörii keskimäärin nopeimmin pohjoisen pallonpuoliskon kesällä, sillä (kuten todettua) Maan pyörimismäärä on vakio. Talvella pohjoisen pallonpuoliskon länsituulet ovat keskimäärin nopeammat kuin kesällä, ja koska ne puhaltavat samaan suuntaan Maan pyörimisen kanssa, täytyy Maan oman pyörimisen hidastua.
Toisin kuin The Telegraph ja lukuisat muut tiedotusvälineet erehdyksessä väittävät rivien välissä, Maan pyörähdysaika ei ole kuitenkaan sama asia kuin vuorokauden pituus. 86400 sekuntia on vuorokauden mitta, ja tämä luku on vuoden ympäri mitattuna keskiarvona eksakti parin millisekunnin tarkkuudella.
Maan pyörähdysaika akselinsa ympäri on puolestaan 23 tuntia 56 minuuttia ja 4,0989 sekuntia eli 86164,0989 sekuntia. Huomattava ristiriita suhteessa vuorokauden pituuteen johtuu Maan liikkeestä Auringon ympäri.
- Lue myös:
Koska Maa pyörii akselinsa ympäri samaan suuntaan kuin Auringon ympäri, vuorokausia on vuoden aikana täsmälleen yksi vähemmän kuin pyörähdyksiä. Niinpä 1,5 millisekuntia nimellisarvoa lyhyempi pyörähdys viime heinäkuussa tarkoittaa itse asiassa 86164,0974 sekuntia.
Vielä lisää teoreettisia komplikaatioita
Edellisen päälle ylimääräisenä komplikaationa mainittakoon, että Maan pyörähdysajan täsmällinen arvo riippuu siitä, kiinnitetäänkö koordinaatisto tähtiin vai huomioidaanko sen lisäksi Maan akselin prekessio eli hyrräliike.
Yllä mainittu 86164,0989 sekuntia on kiinnitetty tähtiin. Tämä luku pyrkii toisin sanoen olemaan mahdollisimman absoluuttinen. Sen sijaan Maan prekessio huomioiden pyörähdysaika olisi 86164,0905 sekuntia eli peräti 8,4 millisekuntia vähemmän.
Niin sanottu trooppinen vuosi eli se ”normaali” vuoden mitta, jonka mukaan vuodenajat vaihtelevat, on 365,24219 vuorokautta. Tämä huomioi sekä Maan liikkeen Auringon ympäri että prekession. Niinpä käyttämällä trooppista vuotta laskuperusteena saadaan jälkimmäinen luku 86164,0905.
- Lue myös:
Nyt on karkausvuosi, mutta tiesitkö että on olemassa myös karkaussekunti
LÄHDE: Tekniikka&Talous/Tuomas Kangasniemi 14.01.2021