Wetenschap
Waarom hebben we een schrikkelseconde nodig? Een natuurkundige legt uit wat de rotatie van de aarde in de weg staat
Smeltwater van de poolijskappen, gecombineerd met de verschuivende draaiing van de kern van de aarde, brengt de rotatie van de aarde in de war tot het punt dat we ons misschien moeten aanpassen aan een "negatieve schrikkelseconde".
De gevolgen van klimaatverandering zijn overal zichtbaar:in de mondiale vluchtelingencrisis, in een nog erger allergieseizoen en nu zelfs in het concept van tijd.
Wetenschappers hebben onlangs vastgesteld hoe het smeltwater van de poolijskappen de rotatie van de aarde zodanig verstoort dat degenen die echt waarde hechten aan nauwkeurige tijdwaarneming wellicht een 'negatieve schrikkelseconde' moeten implementeren.
Betekent dit dat onze dagen ineens 25 uur lang zullen zijn? Nee, maar zelfs een verandering van één seconde is aanzienlijk in een wereld die is gebouwd op digitale systemen, zoals GPS, die afhankelijk zijn van nauwkeurige tijdregistratie om correct te kunnen functioneren.
"Al bijna zolang er een georganiseerde samenleving bestaat, proberen we de tijd bij te houden, of op zijn minst dagen of seizoenen", zegt Jacqueline McCleary, assistent-professor natuurkunde aan de Northeastern University. ‘De kern, de korst, de oceanen, de klimaatverandering, de isostatische aanpassing van de gletsjers – al deze factoren [dragen] bij aan een verandering in de rotatiesnelheid van de aarde in een meetbaar tempo, iets dat een seconde per jaar zou accumuleren of zoiets. dat."
Er zijn twee primaire methoden voor tijdwaarneming. Universal Coördineerde Tijd (UTC), ook bekend als astronomische tijd omdat deze gebaseerd is op de rotatie van de aarde en de positie tussen de sterren, wordt al lang gebruikt als de mondiale standaard voor klokken en tijdwaarneming. Het is waar tijdzones op zijn gebaseerd en wat de meeste mensen beschouwen als 'tijd'.
De rotatie van de aarde is echter niet bepaald een constante tromgeroffel, zegt McCleary. Het verandert eigenlijk altijd terwijl de zwaartekrachten van de zon, de maan en de aarde, evenals de getijden en zelfs de rotatie van de kern van de aarde, met elkaar in evenwicht zijn.
Om hiermee rekening te houden, begonnen tijdwaarnemers – die een strengere standaard vereisten – atoomtijd, of Internationale Atoomtijd, te gebruiken om de exacte snelheid te bepalen die onze klokken tikken. Deze maat varieert zo weinig dat hij net zo goed statisch kan zijn.
In 1958 kwam de internationale tijdwaarnemingsgemeenschap overeen om zowel UTC als TAI te synchroniseren.
In 1972 merkten wetenschappers echter dat de rotatie van de aarde enigszins begon te vertragen, waardoor de dagen feitelijk iets langer werden. Als gevolg hiervan begonnen de atomaire en astronomische tijd langzaam maar zeker uiteen te lopen. Om ze gesynchroniseerd te houden – een toenemende noodzaak omdat steeds meer digitale systemen, zoals GPS-satellieten, nog veeleisendere nauwkeurigheidsniveaus vereisen – werd de ‘schrikkelseconde’ gecreëerd.
McCleary zegt dat er verschillende factoren verantwoordelijk zijn voor het afnemende tempo van de rotatie van de aarde, waaronder de zogenaamde getijdenvergrendeling.
"De maan trekt aan de aarde, de aarde trekt aan de maan en na verloop van tijd is het effect daarvan dat de aarde op een minuscule manier (zoals een deel op 10 miljard), maar niet te verwaarlozen vertraging oploopt", zegt McCleary.
Het smelten van gletsjers sinds de ijstijd en, meer recentelijk, het smelten van poolijs als gevolg van door de mens veroorzaakte klimaatverandering hebben ook bijgedragen aan de langzamere rotatie van de aarde, zegt McCleary. In beide gevallen verspreidt het smeltwater zich, waardoor er een watermassa rond de evenaar ontstaat, terwijl tegelijkertijd het land dat voorheen aan de polen onder het ijs vastzat, weer omhoog springt.
Deze twee krachten samen maken het moeilijker voor de aarde om te roteren, wat betekent dat de UTC-dag technisch gezien langer is. Dit fenomeen wordt al tientallen jaren waargenomen.
‘Terwijl de gletsjers smelten en de aarde langzaam terugveert en de massa die zich ooit aan de polen bevond, wordt herverdeeld naar de evenaars – omdat vloeistof zich gemakkelijker verspreidt en reageert op het ronddraaien – neemt de rotatiesnelheid van de aarde af’, zegt McCleary. .
Recentelijk hebben wetenschappers echter ontdekt dat de aarde niet meer vertraagt. Sterker nog, het begint een beetje te versnellen. Tussen 1972 en 1999 werden er bijna elk jaar schrikkelseconden toegevoegd om zich aan te passen aan de vertragende rotatie van de aarde. Maar er zijn er de afgelopen 23 jaar slechts vier bijgekomen, en de laatste keer dat er een schrikkelseconde werd toegevoegd was in 2016.
Wat wetenschappers hebben ontdekt is dat hoewel de klimaatverandering ‘op de rem zet’, zegt McCleary, het vloeibare deel van de kern van de aarde ook vertraagt, wat invloed heeft op hoe snel het oppervlak van de planeet draait.
‘De kern van de aarde, het vloeibare deel, roteert ook, en ervaart soms willekeurige veranderingen, willekeurige fluctuaties’, zegt McCleary. “Op dit moment is de kern van de aarde de afgelopen decennia willekeurig vertraagd en door een ingewikkelde reeks interacties tussen het vloeibare deel van de kern en de mantel en de korst, of het vaste deel van de aarde, wordt de korst sneller ronddraaien. Deze willekeurige verandering in de rotatie van de kern, met name een vertraging van de rotatiesnelheid, vertaalt zich in een versnelling van de rotatie van het aardoppervlak, wat tot gevolg zou hebben dat de dagen korter worden."
Over een paar jaar zou dit kunnen resulteren in het implementeren van een negatieve schrikkelseconde om de atomaire en astronomische tijd synchroon te houden, hoewel de gevolgen van het smelten van het poolijs uiteindelijk onze noodzaak om de klokken te verschuiven van 2026 naar 2029 zouden kunnen vertragen.
Zou het verzetten van de klokken met een seconde zoveel verschil maken? McCleary zegt dat dit een grote impact kan hebben op mondiale systemen.
"Hoewel onze computerinfrastructuur is uitgerust om positieve schrikkelseconden te verwerken, is in wezen geen van onze netwerken of webservices uitgerust voor negatieve schrikkelseconden", zegt ze. "Ze weten niet hoe ze van 12:00:03 naar 12:00:02 moeten gaan. Dit komt in wezen overeen met de Y2K-bug waarbij je alles opnieuw moest programmeren om jaren van vier cijfers toe te staan."
Net als bij Y2K zegt McCleary dat het waarschijnlijk niet echt tot een catastrofe zal leiden. Hoewel dit van invloed zou kunnen zijn op de gemeenschap van precisietijdwaarnemingen en op de atoomtijd, zegt McCleary dat het alternatief voor het laten 'zweven van een paar seconden' het 'herprogrammeren van het internet' is. In dat geval is een beetje verloren tijd misschien geen slechte zaak.