60hodinové dny nemáme díky gravitačním interakcím

Datum 06.08.2023

Foto: Anna Shvets, Pexels

Mít tak víc než 24 hodin denně často říkáme, když něco nestíháme. To jsme mohli mít, nebýt jevu, který před miliardami let pozastavil prodlužování pozemských dnů. Dny na naší planetě byly v minulosti mnohem kratší. Nicméně se délka dne na Zemi neustále prodlužuje. Vzhledem k tomu, že příliv a odliv Měsíce působí na naše oceány a zpomaluje naši rotaci v hlubokém časovém horizontu, měla by délka dne na Zemi dosáhnout 25 hodin přibližně za 200 milionů let. Je to způsobeno postupným oddalováním měsíce od Země, rychlostí zhruba 4 cm za rok.

Nebýt však záhadné pauzy, která skončila asi před 600 miliony let, byl by den již nyní dlouhý 60 hodin, uvádí se v nové práci zveřejněné v časopise Science Advances. Zhruba před 4,5 miliardami let se objevil Měsíc, den měl méně než 10 hodin, ale postupně se prodlužoval, protože slapové síly Měsíce postupně zpomalovaly rotaci Země. Existovalo však dlouhé období, kdy dny nepřibývaly vůbec. Astrofyzici před nedávnem zjistili, že v období před 2 miliardami až 600 miliony let trvaly dny přibližně 19,5 hodiny, protože několik slapových sil se vzájemně vyrušilo a udržovalo Zemi při stejné rychlosti rotace po více než miliardu let. Kdyby k tomu nikdy nedošlo, naše současné dny by mohly mít více než 65 hodin.

Jak tedy slapové síly Slunce a Měsíce ovlivňují rotaci Země? Měsíční slapové síly vznikají v důsledku gravitační přitažlivosti Měsíce. Proto se strana naší planety, která je nejblíže Měsíci, a strana, která je nejdále, vyboulí a oceány zažijí příliv a odliv (vyboulení ovlivňuje pevninu, ale pouhým okem je nepostřehnutelné). Gravitace Měsíce tyto výčnělky přitahuje, a tak se vzpírají rotaci Země. Místa těchto výčnělků se při rotaci Země mění, čímž vzniká tření, které také zpomaluje tuto rotaci.

Existují dva typy slunečních přílivů a odlivů, které vytvářejí točivý moment, tedy sílu, která ovlivňuje rotaci. Prvním typem slunečního momentu je sluneční slapový moment, který působí stejně jako ten měsíční a způsobuje velmi malé změny v přílivu a odlivu oceánů, takže zpomaluje rotaci Země.

Druhým typem je tepelný slapový moment. Sluneční světlo ohřívá atmosféru, způsobuje její rozpínání a vytváří tak interakci s gravitaci Slunce. Tento vliv tlačí Zemi k rychlejší rotaci. Přestože je gravitace Slunce silnější, naše hvězda je od Země 390krát vzdálenější než od Měsíce, takže měsíční příliv a odliv vytváří dvojnásobnou sílu. V důsledku toho se dny stále mírně prodlužují.

Před dvěma miliardami let se to změnilo. Zemská atmosféra byla teplejší. To ovlivnilo tepelné vlny, které sluneční světlo vytvářelo v atmosféře, přičemž vyšší teplota znamenala vyšší rychlost vln. Frekvence, s jakou se tyto vlny šíří atmosférou, vytvořila atmosférickou rezonanci, která zvýraznila jejich účinek. Po dobu jedné miliardy let byly tato rezonance a délka dne synchronizovány, přičemž atmosférické vlny rezonovaly pokaždé, když Země dokončila přibližně polovinu své rotace.

Protože rotační perioda Země byla téměř přesně dvakrát delší než perioda rezonance, atmosférické vlny způsobené Sluncem zesílily, čímž gravitace Slunce získala více hmoty, s níž mohla pracovat. Výsledkem byl točivý moment, který zhruba odpovídal momentu způsobenému měsíčním přílivem a odlivem. Země se nakonec nepohybovala ani pomaleji, ani rychleji. Dny se opět prodlužovaly až před 600 miliony let – miliardu let po začátku rezonance. Dnes trvá cesta každého ze dvou atmosférických “přílivů” kolem světa 22,8 hodiny; protože tato rezonance a 24hodinová rotační perioda Země nejsou synchronizovány, je atmosférický příliv relativně malý.

Tým provádějící studii potvrdil výsledek svých výpočetních modelů zkoumáním geologických důkazů přílivu a odlivu z extrémně starých skalních útvarů. “Dlouhé trvání a relativně nedávný výskyt tohoto rezonančního stavu může být zodpovědný za to, že den je v současnosti dlouhý 24 hodin,” uvedli také astrofyzikové ve studii.

Petr Svoboda
zdroj: Ars Technica