Variatiile vitezei de rotatie a Pamantului

I:Viteza de rotație a Pământului în jurul axei sale a fost vreodată mai mică sau mai mare față de cea de acum? În viitor pot exista modificări ce privesc viteza? Dacă da, de ce ar putea fi ea influențată?

R: Viteza de rotatie a Pamantului nu este perfect constanta asa cum am fi tentati sa credem. Modificarile insa sunt suficient de mici pentru ca ele sa nu fie resimtite direct in vreun fel de catre noi Diferente in lungimea zilei de ordinul milisecundelor pot aparea in anumite conditii. O parte din factorii care duc la modificarea vitezei de rotatie a Pamantului in jurul axei, si implicit la modificarea duratei zilei, pot duce la modificari considerabile ale duratei zilei terestre in durate de timp indelungate atata timp cat aceste efecte se produc relativ constant.
Pentru inceput sa detaliem putin mecanismul care sta la baza acestor modificari. Pentru a lamuri problema trebuie sa avem in vedere un principiu al fizicii numit conservarea momentului cinetic ( sau a momentului unghiular cum e denumit in unele cazuri ). Acest principiu spune ca intr-un sistem inchis momentul cinetic se conserva atata timp cat nu intervine o forta exterioara. Dar sa incercam sa „traducem” putin ce inseamna asta. Cel mai uzat si clar exemplu al conservarii momentului cinetic este cel al patinatorului care face o pirueta. Daca priviti cu atentie un patinator executand acest exercitiu veti observa ca viteza de rotatie pe care o are creste daca aduce mainile langa corp sau deaspura capului ( adica mai aproape de axa de rotatie ), si scade daca intinde mainile lateral.
Cu alte cuvinte viteza de rotatie a unui sistem inchis creste daca masa sa este mai apropiata de axa de rotatie , respectiv scade daca masa sa se indeparteaza de aceasta axa, deci exista o relatie de proportionalitate intre distributia masei fata de centru si viteza de rotatie.
Intr-o situatie similara se afla si Pamantul care impreuna cu obiectele de pe suprafata lui dar si impreuna cu satelitii sai ( atat cel natural cat si cei artificiali )  putem considera ca formeaza un sistem relativ inchis isi va conserva momentul cinetic. Trebuie sa avem in vedere faptul ca Pamantul nu este complet rigid din punct de vedere a structurii interne si ca distributia maselor care il compun se poate schimba in diverse situatii ( spre exemplu topirea constanta a unei parti din calota polara poate determina o mica rearanjare a maselor )
Prin urmare cred ca e destul de evidenta concluzia ca viteza de rotatie a Pamantului este dependenta si proportionala cu distributia maselor in sistem in raport cu axa polilor ( axa de rotatie ) Bineinteles modificari considerabile se pot simtii doar la modificari de pozitie mari sau a unor mase reprezentative in raport cu masa intregului sistem.
Cea mai importanta influenta in acest sistem o are fireste Luna care, asa cum vom vedea mai jos aduce o modificare constanta pe perioade lungi  a vitezei de rotatie a Pamanului si implicit la o crestere a duratei zilei terestre.
Pe langa Luna insa terbuie sa mai amintim aici ca modificari usoare le pot aduce si alte fenomene, modificari mici dar care, folosind sisteme suficient de precise, pot fi masurate. De mentionat aici ar fi topirea calotelor polare si ridicarea solului de sub ele, miscari tectonice, cutremure,eruptii vulcanice , dar si fenomene meteorologice de proportii. S-au putut determina modificari ale duratei zilei de ordinul sutelor de microsecunde generate de uragane foarte puternice. De asemenea modificari de ordinul microsecundelor au putut fi observate dupa cutremure sau eruptii vulcanice mari. De mentionat insa ca aceste modificari se produc in general in ambele sensuri ( adica atat crescand cat si scazand viteza de rotatie ) ceea ce face ca pe termen lung efectul lor sa se compenseze. Ele sunt insa suficiente ca sa necesite uneori ajustarea cu cate o secunda a Timpului Universal (UTC) odata la un numar de ani.

Un efect constant si unidirectional este cauzat de fenomenele mareice din sistemul Pamant-Luna , care produce ca efect secundar o scadere lenta dar relativ constanta a vitezei de rotatie a planetei noastre pe termen lung. Aceasta scadere a vitezei de rotatie este probata prin observarea si evaluarea unor organisme fosile care au ajutat la determinarea aproximativa a numarului de zile ale anului in anumite perioade geologice.
Cateva exemple de valori determinate prin aceste metode ale duratei zilei repsectiv numarului de zile ale unui an sunt urmatoarele:
–  350 milioane de ani in urma : anul terestru avea ~ 385 zile / ~ 22 ore durata zilei
–  620 milioane de ani in urma: anul terestru avea ~ 400 zile /~ 21 ore durata zilei

S-au putut astfel determina valori ale duratei zilei in mai multe ere geologice, ajungand la o valoare de aproximativ 18-19 ore undeva acum 900 milioane de ani. Fireste ca pe masura ce ne indepartam in timp determinarile prin aceasta metoda devin mai dificile si mai imprecise. Avand in vedere insa ca modificarile observate in mai multe perioade geologice au sugerat o variatie relativ constanta in medie, lucru sustinut si de teorie de altfel, s-a estimat folosind simulari pe computer bazate pe datele si teoriile actuale ca undeva acum 4.5 miliarde de ani, putin dupa formarea sistemului Pamant-Luna , durata zilei ar fi putut fi doar de circa 6 ore.tidal_lock2
Scaderea constanta a vitezei de rotatie a Pamantului se datoreaza efectelor mareice produse in sistemul Pamant-Luna,efecte care deformeaza atat Pamantul cat si Luna creeand efectul de flux si reflux prin deformarea suprafetelor lichide dar deformand usor si suprafetele solide atat ale Pamantului cat si a Lunii. Gravitatia planetei si a satelitului tinde sa deformeze reciproc cele doua corpuri rezultand o usoara forma de elipsoid cu axa mare aliniata cu axa celor doua corpuri. Atunci cand viteza de rotatie in jurul axei e mai mare sau mai mica decat viteza de rotatie a satelitului in jurul planetei elipsoidele tind sa ramana in urma sau sa o ia inainte axei dintre cele doua obiecte. Gravitatia insa tinde sa le „aduca la loc” astfel incat elipsoidele sa fie aliniate cu axa dintre obiecte. Din acest motiv orice astfel de sistem planeta-satelit tinde sa ajunga la o pozitie de echilibru in care viteza de revolutie a satelitului in jurul planetei sa fie egala cu viteza de rotatie a planetei in jurul axei dar si cu viteza de rotatie a satelitului in jurul axei proprii. In cazul de fata efectele mareice tind sa incetineasca viteza de rotatie a Pamantului care e mai rapida decat cea de revolutie a Lunii in jurul Pamantului. Avand insa in vedere principiul conservarii momentului cinetic explicat anterior scaderea vitezei de rotatie va duce si la o indepartare a Lunii de Pamant. De mentionat aici ca viteza de rotatie a Lunii in jurul axei este deja sincronizata cu cea de rotatie in jurul Pamantului pentru ca , asa cum bine stim Luna arata tot timpul aceeasi fata catre Pamant.  In cazul sistemului Pamant-Luna insa sincronizarea rotatiei Pamantului cu cea a Lunii s-ar putea produce ( tinand cont doar de incetinirea produsa de efectele mareice ) in circa 50 de miliarde de ani iar durata unei zile ar ajunge teoretic la 1000 de ore. Acest lucru insa este extrem de putin probabil pentru ca asa cum stim dupa inca circa 5 miliarde de ani viata Soarelui se va apropia de final dimensiunile acestuia crescand pana in zona orbitei Pamantului ceea ce probabil va duce implicit la distrugerea sistemului Pamant-Luna. Pe termen mai scurt putem estima ca pentru ca ziua sa ajunga de 25 de ore este nevoie de circa 150 milioane de ani la rata de incetinire actuala a vitezei de rotatie. De asemenea extrapoland putem evalua faptul ca durata zilei peste 5 miliarde de ani s-ar putea apropia de 60 de ore.

Odata cu primele calatorii pe Luna, pe suprafata Lunii a fost fixat un mic panou reflectorizant. Folosind acest panou se poate determina cu precizie distanta Pamant Luna, utilizand laseri si masurand timpul in care un fascicol de fotoni se intoarce reflectat de panoul de pe Luna. Aceste masuratori au aratat ca distanta este in crestere cu aproximativ 3.8 cm pe an. Geologii observand straturi sedimentare au putut determina date relativ la producerea mareelor in trecut cu sute de milioane de ani in urma. Astfel s-au determinat anumite variatii in rata de crestere a distantei Pamant-Luna o medie pe termen lung parand a fi de 2.2cm pe an.. deci ceva mai mica decat valoarea actual determinata. De asemenea s-a determinat ca durata zilei variaza datorita efectelor mareice in medie cu cu 1.7 milisecunde per secol si aici insa existand variatii a vitezei medii de scadere a rotatiei de la o perioada geologica la alta.Aceste diferente sunt explicabile prin diferente de distributie a maselor in cadrul Pamantului ( diferente de distributie a maselor continentale , diferente de dimensiuni ale calotelor polare etc)

Back To Top