Спасибо Луне за то, что день на Земле стал длиннее

Если реконструировать историю отношений нашей планеты с Луной, то окажется, что 1,4 миллиарда лет назад, день на Земле длился чуть более 9 часов, так как земные сутки составляли всего 18 часов. Отчасти потому, что Луна стала дальше, она изменила вращение Земли вокруг своей оси.
Спасибо Луне за то, что день на Земле стал длиннее
Изображение Земли, сделанное астронавтами Аполлона 8, 22 декабря 1968 года. Они стали первыми людьми, которые совершили кругосветное путешествие вокруг Луны.

Для тех, кто хочет, чтобы день был более длинным, у геологов есть хорошие новости: «Дни на Земле» становятся всё длиннее и длиннее.

«Когда Луна уходит, Земля похожа на вращающегося фигуриста, который замедляется, растягивая руки», — объясняет Стивен Мейерс, профессор геофизики из Университета Висконсин-Мэдисон и автор опубликованной 4 июня 2018 года статьи в трудах Национальной академии наук.

В исследовании описывается статистический метод, называемый астрохронологией, который связывает астрономическую теорию с геологическим наблюдением (взгляд на геологическое прошлое Земли). Чтобы восстановить историю Солнечной системы и понять древнее изменение климата, выбран был этот инструмент.
«Одна из наших амбиций заключалась в использовании астрохронологии, чтобы разработать геологические шкалы времени», — говорит Майерс. «Мы хотим уметь изучать камни, возраст которых составляет миллиарды лет. Метод сопоставим с тем, как мы изучаем современные геологические процессы».

Движение Земли в космосе зависит от других астрономических тел, которые оказывают на неё силу, подобно другим планетам и Луне. Это помогает определять вариации вращения Земли вокруг её оси и по орбите Земли вокруг Солнца.

Эти вариации коллективно известны как циклы Миланковича, и они определяют распространение солнечного света на Земле, что также означает, что они определяют климатические ритмы Земли.

Но возвращение назад, в масштабе миллиардов лет, оказалось сложным делом, потому что типичные геологические средства, такие как радиоизотопная диагностика, не обеспечивают точности, необходимой для идентификации циклов. Это также осложняется отсутствием знаний об истории Луны и тем, что известно как хаос солнечной системы — теория, созданная парижским астрономом Жаком Ласкаром в 1989 году.

Солнечная система имеет много движущихся частей, включая другие планеты, вращающиеся вокруг Солнца. Небольшие первоначальные вариации в этих движущихся частях могут превращаться в большие изменения спустя миллионы лет. Этот хаос солнечной системы, и попытка объяснить его может быть сродни попытке проследить эффект бабочки в обратном направлении.

В прошлом году Мейерс и его коллеги взломали код хаотической солнечной системы при изучении осадочных пород из пород, сформировавшихся 90 миллионов лет назад, которые отражали климатические циклы Земли. Тем не менее, чем дальше углублялись они в геологические записи, тем менее надёжными становились их выводы.

Например, Луна в настоящее время отходит от Земли со скоростью 3,82 сантиметра в год. Используя эту сегодняшнюю норму, учёные, экстраполирующие время назад, подсчитали, что «около 1,5 миллиарда лет назад Луна была достаточно близка, чтобы её гравитационные взаимодействия с Землей её разорвали. Тем не менее, мы знаем, что Луна имеет возраст 4,5 миллиарда лет».

Итак, Мейерс ищет способ объяснить, что делали наши планетарные соседи миллиарды лет назад, и какое влияние они оказывают на Землю и её циклы. Это была проблема, которую он привёз с собой для обсуждения в Колумбийский университет в Ламонт-Доэрти, в 2016 году.

В аудитории в тот день был Альберто Малинверно, профессор Обсерватория Ламонт-Доерти в Колумбии. Они объединились, чтобы объединить статистический метод TimeOpt (который Мейерс разработал в 2015 году для решения неопределённости во времени)  с астрономической теорией, геологическими данными и сложным статистическим подходом, называемым байесовской инверсией, что позволило бы исследователям лучше справляться с неопределённостью системы изучения.

Затем учёные протестировали подход, который они называют TimeOptMCMC, на двух слоях стратиграфической породы: 1,4-летняя Xiamaling Formation из Северного Китая и 55-миллионная запись от Walvis Ridge из южной части Атлантического океана.

При таком подходе они могли бы надёжно оценить слои скалистых пород в геологических изменениях в направлении оси вращения Земли и форме её орбиты как в последнее время, так и в более глубокое время, а также в отношении неопределённости. Они также смогли определить продолжительность дня и расстояние между Землёй и Луной.
«В будущем мы хотим расширить работу на разные интервалы геологического времени», — говорит Малинверно.

Исследование дополняют два других недавних исследования, которые полагаются на циклы Миланковича, чтобы лучше понять историю и поведение Земли.

Исследовательская группа в Ламонт-Доэрти использовала горное образование в Аризоне, чтобы подтвердить замечательную закономерность орбитальных колебаний Земли от почти круглого до более эллиптического в цикле 405 000 лет. И другая команда из Новой Зеландии, в сотрудничестве с Мейерсом, проверила, как изменения на орбите Земли и вращение её оси повлияли на циклы эволюции и вымирания морских организмов, называемых граптолоидами, восходящими 450 миллионов лет назад.

«Геологическая запись — астрономическая обсерватория для ранней солнечной системы, — говорит Майерс. «Мы смотрим на пульсирующий ритм, сохранившийся в геологии Земли и в истории её жизни».
Исследование финансировалось Национальным научным фондом (EAR-1151438).
Материалы предоставлены университетом Висконсин-Мэдисон