wtorek, 4 lutego 2014

Jak Chińczycy wydłużyli dobę

Tai-He-Song – Shigeru Umebayashi


Doba nie trwa 24 godzin. Doba trwa 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Ale nie zawsze tak było. Po tym jak uformował się Księżyc, Ziemia obracała się w ciągu pięciu godzin. Księżyc nieubłaganie spowalniał tempo rotacji i będzie spowalniał jeszcze przez miliardy lat. W ogromnym przybliżeniu za jakieś 14 milionów lat doba rzeczywiście będzie trwała 24 godziny.

Jako że kilka osób podesłało mi linki do informacji o „geoinżynieryjnych zapędach Chińczyków”, z przyjemnością skreślę kilka zdań na ten temat. Konstrukcja Zapory Trzech Przełomów rozpoczęła się w 1993 i trwała do 2006 roku. Napełnianie zbiornika trwało cztery lata a cały projekt wkurzył prawie wszystkich – ekonomistów, geologów, historyków, ekologów i kogo tam jeszcze. Bito na alarm z powodu przesiedlenia miliona ludzi, zagrożeń trzęsieniami ziemi, osuwiskami, gromadzenia zanieczyszczeń itd. Jednak dopiero teraz w obiegu medialnym pojawiła się dodatkowa informacja – chińska zapora spowalnia obrót Ziemi!

Czy to możliwe? Czy to nie jest tak jakby podnieść się za włosy? Czy to już tak na zawsze? Czy chcieli wydłużyć czas pracy? Tak. Nie. Niekoniecznie. Nie.

Zapora spowodowała podniesienie niemal 40 miliardów ton wody o jakieś 175 metrów. Porównajmy Ziemię do łyżwiarki wirującej na lodzie. Jeśli rozłoży ręce, będzie obracać się wolniej; jeśli ułoży je blisko osi obrotu, będzie wirować szybciej. Jeśli pominąć niedoskonałość lodu, łyżew, opory powietrza itd., to nic nie zostaje utracone. Innymi słowy, jeśli spuścić wodę z tamy, doba skróci się o tyle samo o ile wydłużyła się po napełnieniu zbiornika. Przejdźmy do kluczowej informacji – ile dodali nam do każdego dnia Chińczycy. Zmianę ocenia się na jakieś 60 nanosekund. Trudno znaleźć jakąś sensowną analogię do tak krótkiego czasu. Mrugnięcie okiem trwa jakieś 6 milionów razy dłużej. 60 nanosekund to czas zbliżony do fuzji wodoru w hel w czasie eksplozji bomby wodorowej. W tym ułamku sekundy uwolniona zostaje energia milionów ton trotylu, przez ten niezauważalny moment na Ziemi replikujemy proces trwający w jądrze Słońca od milionów lat.

Fakt pozostaje jednak faktem – Chińczycy wpłynęli na tempo obrotu planety. Jak to się ma do naturalnych zjawisk? Cieniutko. Typowy huragan wydłuża dobę o 200 nanosekund (tylko dopóki nie osłabnie nad lądem). Rekordowe El Nino w 1989 roku wywołało 8000-krotnie większy wpływ – spowolniło dobę aż o 0,9 milisekundy (również w tym wypadku wszystko wraca do normy, gdy zjawisko mija). Milisekunda to czas tak krótki, że pocisk wystrzelony z pistoletu nie zdąży opuścić lufy. Dla odmiany trzęsienie ziemi na oceanie Indyjskim w 2004 skróciło dobę o 2,68 mikrosekundy. Ta zmiana jednak jest permanentna. Przynajmniej dopóki inne trzęsienie nie przesunie ogromnej masy ziemi wyżej lub niżej. Jak widać z naturą jeszcze nie mamy co konkurować.


Zabawniej będzie porównać chińską tamę z Międzynarodową Stacją Kosmiczną. ISS zbudowało ponad dwadzieścia krajów, współpracując bez udziału Chin. Ten ważący 450 ton cud techniki wyniesiono na wysokość około 370 kilometrów nad Ziemią. Jeśli policzymy w wielkim uproszczeniu zmianę momentu pędu wywołaną przesunięciem tak wysoko takiej masy okaże się, że ISS może się pochwalić wydłużeniem doby o niecałe 14 nanosekund. To prawie jedna czwarta wyniku złowieszczej tamy.

Na koniec chciałbym jednak wrócić do analogii z łyżwiarką, żeby podkreślić coś bardzo ważnego. Te procesy są odwracalne, bo są jak rozkładanie i składanie rąk. Czymś zupełnie innym i permanentnym jest wymiana energii między Ziemią a Księżycem. Na przestrzeni miliardów lat, na skutek oddziaływań grawitacyjnych, rotacja Ziemi ulega spowolnieniu a ruch orbitalny Księżyca ulega przyspieszeniu (co sprawia że powolutku oddala się on od naszej planety). A to nie jest już odpowiednik rozkładania rąk, ale kogoś z zewnątrz, kto chwyta naszą łyżwiarkę za kucyki albo coś innego.


Źródła:
From Quarks To Quasars
The Energy Library
Goddard Space Flight Center
Nature
Curious About Astronomy
Bonus dla wytrwałych


10 komentarzy:

  1. Ciekawa sprawa, która mi umknęła. Zgrabnie wyjaśnione.
    Swoją drogą, w którymś opracowaniu natrafiłem na tego typu przykłady zdarzeń, które niezauważalnie, ale jednak wpłynęły na ruch obrotowy Ziemi: m.in. katastrofa Tunguska, Krakatau (a jakże) i o ile mnie pamięć nie myli, erupcja Eyjafjallajokul.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. No tak, jak sobie poczytać, że Krakatau to było wyrzucenie w atmosferę KILOMETRÓW sześciennych materiału skalnego, to miliardy ton wody podniesione o dwieście metrów przestają robić wrażenie...

      Usuń
    2. a można podać link związany z tymi przykładami ? :)

      Usuń
  2. Ciekawe, chociaż łatwe do przewidzenia. Dziwne jest że nikogo nie dziwi precyzja pomiaru jaką chwalą się dzisiejsi naukowcy.

    OdpowiedzUsuń
  3. Może słabe pytanie, ale skoro "Doba trwa 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy." To są 4 minuty. Sporo. W skali miesiąca to 2 godziny, a jednak nie przestawiamy zegarków co chwila. Mogę prosić o komentarz? bo mnie się tutaj coś nie dodaje - chyba, że to uproszczenie?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. mowa o tzw dobie gwiazdowej, tzn różnicą czasu pomiędzy dwoma kolejnymi górowaniami punktu Barana, natomiast doba słoneczna trwa 24h, wiadomo że skoro wszystko wkoło nas się porusza - to i doba może mieć różną długość w zaleźności od punktu odniesienia...

      Usuń
    2. Ten komentarz został usunięty przez autora.

      Usuń
    3. Dokladnie to samo pytanie sobie zadajemy. I w ogole nie rozumiemy odpowiedzi.

      Usuń
    4. Obrazek, plus krótkie wyjaśnienie :)

      http://kids.britannica.com/comptons/art-54083/When-the-Earth-is-at-position-1-in-its-orbit

      Usuń
  4. Z tymi wyliczeniami dla tamy jest jednak pewien problem - na wysokość 175 metrów podniesiona została nie cała spiętrzona woda, lecz tylko powierzchniowa warstwa. Warstwa na głębokości metra została podniesiona o 174 metry. Poprawnie powinno się scałkować zmiany pędu wywołane przez kolejne warstwy podniesione na kolejne wysokości.

    OdpowiedzUsuń