Wann hört die Erde auf sich zu drehen?

Ich habe in Wikipedia nach Schaltsekunden gesucht. Es ist (normalerweise) eine Sekunde, die Uhren hinzugefügt wird, um sie mit der Atomuhr synchron zu halten.

Zivile Uhren verwenden die koordinierte Weltzeit (UTC), die manchmal fälschlicherweise Greenwich Mean Time genannt wird (die nicht mehr existiert). Atomuhren verwenden die Internationale Atomzeit (TAI). UTC und TAI sind synchron. Zivile Uhren ticken genauso schnell wie Atomuhren.

Uhren, die auf der Rotation der Erde basieren, verwenden das Konzept eines mittleren Sonnentages, unterteilt in genau 86.400 mittlere Sonnensekunden. Dies ist die Weltzeit (UT1 und Varianten, manchmal auch fälschlicherweise als GMT bezeichnet). Die von Atomuhren (und damit zivilen Uhren) verwendete Sekunde ist nicht ganz dasselbe wie die mittlere Sonnensekunde. Derzeit ist ein mittlerer Sonnentag 86.400.001 TAI-Sekunden lang. Schaltsekunden werden hinzugefügt, um Mitternacht UTC innerhalb von 0,9 Sekunden von Mitternacht UT1 zu halten.

Angenommen, die Rotationsrate der Erde bleibt konstant auf ihrem aktuellen Wert, wobei der mittlere Sonnentag 86.4000,001 Sekunden lang ist. Diese konstante Drehrate würde nicht das Ende der Schaltsekunden bedeuten. Eine Schaltsekunde müsste immer noch alle tausend Tage hinzugefügt werden, um die UTC innerhalb von 0,9 Sekunden von UT1 zu halten. Dies ist einer von vielen Gründen, warum eine lineare Hochrechnung auf Basis von Schaltsekunden über die letzten 43 Jahre hinfällig ist.

Sehen wir uns aus einem anderen Grund an, was in den letzten 43 Jahren passiert ist. Das folgende Bild stammt aus dem Wikipedia-Artikel Schwankungen der Tageslänge .

^Bildquelle

Aus dem Bild ist ersichtlich, dass der Tag vor 43 Jahren über 2 Millisekunden länger war als heute. Die Erde scheint eher schneller als langsamer zu werden! Auch 100 Jahre sind nicht genug. Die Länge eines Sonnentages im Jahr 1911 war noch länger, etwa 3,4 Millisekunden länger als der heutige Tag. Es gibt viele komplizierte Wechselwirkungen zwischen der Erdatmosphäre, den Ozeanen, dem Mantel und der Kruste, dem äußeren Kern und dem inneren Kern. Diese übertragen den Drehimpuls untereinander. Der Mantel und die Kruste ändern auch ihre Form. Die Erde erholt sich immer noch von dem Eis, das vor 110.000 bis 12.000 Jahren auf einen Großteil des Nordens gedrückt wurde. Der sehr langsame postglaziale Rückprall, der immer noch andauert, überträgt Gestein auf die Pole. Dadurch wird die Rotationsgeschwindigkeit der Erde beschleunigt.

Alle diese Effekte sind periodisch. Es gibt einen Effekt, der nicht periodisch ist, und das ist die Übertragung des Drehimpulses von der Erdrotation auf die Umlaufbahn des Mondes. All diese periodischen Effekte, von denen einige eine sehr lange Periode haben, bedeutet, dass die Verwendung der Rotationsrate der Erde als Proxy für die Aufdeckung dieser Drehimpulsübertragung etwas verdächtig ist. Der Zeitrahmen muss sehr lang sein, Hunderte Millionen Jahre oder länger.

Menschen machen Fehler, selbst bei einer vollständigen Behandlung der Mathematik. In ihrem ansonsten hervorragenden Artikel haben Touma & Wisdom ( Touma & Wisdom, „Evolution of the Earth-Moon system“, The Astronomical Journal 108 (1994): 1943-1961 ) die Rotationsgeschwindigkeit der Erde und die Umlaufbahn des Mondes rückintegriert und erreicht Mond und Erde waren vor weniger als 1,5 Milliarden Jahren sehr nahe beieinander. Ihr Fehler bestand darin, den aktuellen Wert einer bestimmten Konstante zu verwenden, die nicht konstant ist, nämlich the$k_2$Gezeitenzahl der Liebe. Die aktuelle Rezessionsrate des Mondes ist ungewöhnlich hoch. Der Grund dafür ist, dass es zwei Nord-Süd-Barrieren für einen reibungslosen Gezeitenfluss gibt, Amerika und Afro-Eurasien. Zu anderen Zeiten gab es einen einzigen Superkontinent. Zu anderen Zeiten bestanden die Äquatorregionen hauptsächlich aus Meer. Die Gezeitendrehmomente (und damit die Rezessionsrate des Mondes) waren während dieser Zeit ungewöhnlich niedrig. Die aktuelle Mondrezessionsrate ist etwa doppelt so hoch wie der Durchschnittswert, gemittelt über die letzten 2,45 Milliarden Jahre. Die Verwendung dieser Durchschnittsrate und die Rückwärtsintegration ergibt einen viel vernünftigeren Wert für die Erschaffung des Mondes.

Wann hört die Erde also auf, sich zu drehen? Die Antwort ist niemals. Unter der Annahme, dass die Sonne die Erde und den Mond nicht zerstört, wenn sie zu einem Gasriesen wird, entkommt der Mond entweder dem Gravitationsfeld der Erde oder er hört auf, sich zurückzuziehen, wenn die siderische Periode des Mondes (der siderische Monat) und die siderische Rotationsrate der Erde ( der Sternentag) sind gleich lang.