Земля вращается быстрее обычного: ученые впервые за историю могут вычесть секунду из всемирного времени

На протяжении тысячелетий человечество определяло продолжительность суток, ориентируясь на вращение нашей планеты вокруг собственной оси. Один полный оборот Земли равнялся одним суткам. Однако у этого, казалось бы, естественного метода существовал фундаментальный недостаток: скорость вращения планеты не является постоянной величиной. На нее оказывают влияние множество факторов, включая приливные силы, сложные движения в жидком ядре, сезонные ветра и мощные океанские течения.

В 1967 году мировое научное сообщество совершило революционный шаг, приняв новое определение секунды. Отныне она была привязана не к астрономическим явлениям, а к сверхстабильной частоте излучения атомов цезия-133. Атомные часы, созданные на этом принципе, продемонстрировали беспрецедентную точность, ошибаясь менее чем на одну секунду за десятки миллионов лет. Так родилось Международное атомное время (TAI).

Но вскоре возникла новая сложность. Атомное время течет с идеальной равномерностью, в то время как вращение Земли — процесс нестабильный. Без корректировок атомные часы со временем показывали бы полдень в разгар ночи. Чтобы синхронизировать эти две шкалы, в 1972 году было введено Всемирное координированное время (UTC). Оно основано на атомных стандартах, но периодически подстраивается, чтобы оставаться в пределах одной секунды от астрономического времени UT1, которое определяется реальным вращением планеты.

Основным инструментом такой подстройки стала високосная секунда. Начиная с 1972 года, к шкале UTC было добавлено 27 положительных високосных секунд. Последняя такая корректировка произошла в 2016 году. Процедура обычно проводится в полночь 30 июня или 31 декабря: после момента 23:59:59 наступает 23:59:60, и лишь затем — 00:00:00 следующего дня.

Неожиданное ускорение Земли

С 2020 года геофизики отмечают тревожную и устойчивую тенденцию: вращение Земли начало ускоряться. Это явление противоречит многолетним наблюдениям, согласно которым гравитационное влияние Луны постепенно, но неуклонно замедляет вращение нашей планеты.

5 июля 2024 года был зафиксирован уникальный рекорд: сутки оказались короче стандартных. Земля совершила оборот вокруг своей оси с невиданной скоростью, завершив цикл на 1,66 миллисекунды быстрее, чем за обычные 86 400 секунд.

Главной причиной этого ускорения считаются динамические процессы в жидком внешнем ядре планеты. Между ядром и твердой мантией происходит постоянный обмен моментом импульса: когда одна часть системы ускоряется, другая может замедляться. В последние годы эта внутренняя динамика сложилась таким образом, что скорость вращения земной поверхности заметно возросла.

Глобальное потепление как фактор торможения

Парадоксально, но изменение климата действует в прямо противоположном направлении. Активное таяние ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды перераспределяет колоссальные массы воды от полюсов к экватору. Это увеличивает момент инерции Земли — по аналогии с фигуристом, который замедляет свое вращение, раскидывая руки в стороны.

Геофизик Дункан Агнью из Института океанографии Калифорнийского университета в Сан-Диего провел масштабное исследование, объединив десятилетия измерений вращения Земли со спутниковыми данными о таянии льдов. Его расчеты показали, что если бы не этот процесс, необходимость в первой в истории отрицательной високосной секунде возникла бы уже к 2026 году.

Однако ледники Гренландии и Антарктиды теряют массу сегодня в пять раз интенсивнее, чем 30 лет назад. Этот эффект настолько значителен, что отодвигает момент потенциального вычитания секунды как минимум на три года — ориентировочно до 2028-2029 годов.

Отрицательная високосная секунда: беспрецедентная ситуация

Все 27 високосных секунд, добавленных с 1972 года, были положительными, то есть время «останавливали» на секунду. Отрицательная високосная секунда — это операция на вычитание: из шкалы времени удаляется одна целая секунда.

Технически такая корректировка будет означать, что, например, после 23:59:57 следующей отметкой сразу станет 00:00:00. Секунда 23:59:58 будет пропущена и просто исчезнет.

За всю историю атомной эпохи отрицательная високосная секунда ни разу не применялась. Более того, до недавнего времени сама возможность такой необходимости казалась ученым чисто гипотетической. Сегодня, впервые с момента создания системы UTC, специалисты всерьез обсуждают сценарий, при котором вычитание секунды может потребоваться — как раз в конце 2020-х годов.

Почему вычитание секунды представляет большую опасность

Для обычного человека разница в одну секунду совершенно незаметна. Но для глобальной цифровой инфраструктуры это может стать источником критических сбоев.

Мировые системы — от фондовых бирж и платежных сетей до спутниковой навигации и телекоммуникаций — зависят от непрерывного и единого отсчета времени. Программное обеспечение, разработанное за последние десятилетия, в большинстве своем научилось обрабатывать добавление лишней секунды. Однако сценарий, при котором секунда исчезает, практически никем не тестировался и не предусматривался.

Отрицательная високосная секунда способна вызвать хаос в системах, которые не ожидают, что время может «перепрыгнуть» вперед. Эксперты предупреждают: существует вероятность около 30%, что такая операция спровоцирует массовые отказы IT-систем по всему миру.

Крупнейшие технологические корпорации уже много лет ищут способы нивелировать риски, связанные с високосными секундами. Некоторые из них внедрили технику, известную как «размытие» (leap smearing). Вместо мгновенной коррекции они распределяют ее на длительный период — например, на 17 часов, плавно ускоряя или замедляя ход своих серверных часов на микроскопические доли.

Однако у этого метода есть серьезные ограничения. Если для добавления секунды «размытие» работает достаточно хорошо, то для вычитания оно создает дополнительные сложности. Чтобы «стереть» лишнюю секунду, системные часы должны начать идти быстрее реальных, постепенно уходя вперед. Реализовать алгоритм, который заставляет сложные распределенные системы работать в ускоренном режиме, не нарушая синхронизацию внутренних процессов, — задача исключительной технической сложности.

Международный ответ: отказ от високосных секунд

На Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM), прошедшей в 2022 году, было принято историческое решение — полностью отказаться от практики корректировки UTC с помощью високосных секунд к 2035 году. Накопленные проблемы, связанные с такими коррекциями, стали основной причиной этого шага.

После 2035 года (или даже раньше) Всемирное координированное время перестанут подстраивать под вращение Земли. Астрономическое время UT1 начнет постепенно, но неуклонно расходиться с атомным. По прогнозам, к концу XXI века это расхождение может составить около одной минуты. Крупные IT-компании активно лоббировали данное решение. Однако оно не было единогласным. Россия, например, проголосовала за перенос срока до 2040 года, поскольку ее навигационная система ГЛОНАСС по-прежнему зависит от високосных секунд. Для перехода России может потребоваться модернизация спутниковой группировки и наземной инфраструктуры. Астрономам, использующим UT1 для точного наведения телескопов, также придется адаптировать свои методы работы к новой реальности.