Досліджуючи візантійські літописи, вчені знайшли згадки повних сонячних затемнень, що відбувалися «не зовсім» в розрахункових місцях. Аналіз відхилень дозволив уточнити нерівномірність обертання Землі навколо своєї осі.
© The New York Public Library Digital Collections
Сонячні затемнення славляться своєю передбачуваністю. Завдяки астрономам спостерігачі точно знають розташування смуг повних затемнень, які зазвичай має всього пару сотень кілометрів завширшки. Варто промахнутися – і замість незабутнього видовища нічного неба, в якому висить чорний диск, обрамлений сонячною короною, спостерігач побачить набагато менш вражаюче приватне сонячне затемнення.
Положення планет, їх супутників і космічних апаратів астрономи знають і розраховують з фантастичною точністю — звідки ж береться невизначеність? Справа в обертанні Землі навколо своєї осі.
У природі немає постійних величин, крім фундаментальних фізичних констант і їх похідних, — є недостатня точність вимірювання. З появою атомного годинника від еталона часу, заснованого на добі, довелося відмовитися: їх довжина схильна як добре передбачуваним регулярним зрушенням, так і хаотичним коливанням.
До перших належить вплив місячних припливів, яке збільшує довжину доби на 1,7 — 2,3 мілісекунди за століття. Хаотичні коливання викликані перерозподілами маси щодо осі обертання Землі: повітряними і океанічними течіями, сейсмічними і багатьма іншими явищами. Якщо частина маси відсувається від осі, наприклад при таненні полярних крижаних щитів, Земля уповільнює своє обертання, як балерина, що розкинула руки, і навпаки.
Вікове уповільнення обертання Землі викликає відхилення земного часу від всесвітнього. Перше визначається, власне, по земному обертанню, а друге — по атомним годинником: в добі завжди рівно 86400 еталонних секунд. Це відхилення зростає пропорційно квадрату минулого часу, і за дві тисячі років воно досягає приблизно декількох годин. Сумарний “набіг” від хаотичних відхилень теж зростає зі збільшенням інтервалу часу — на довгих проміжках стає помітним внесок все більш “повільних” процесів на поверхні Землі і в її надрах.
Графік відхилення земного часу від всесвітнього (по вертикалі, в секундах) за період з 720 року до н.е. по 1567 рік н. е. лінії відзначають значення, усереднені за різними методиками, а символи – результати обчислень за відомими джерелами і свідченнями, зібраними на 2016 рік. / © https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.2016.0404
Відтворити історію добового обертання Землі допомагають історичні свідчення про повні сонячні затемнення. Ширина місячної тіні зазвичай становить пару сотень кілометрів, а лінійна швидкість обертання земної поверхні досягає майже пів кілометра в секунду. Якщо Земля до моменту затемнення «не довернется» всього на десять хвилин, смуга цілком зміститься в сторону від розрахункового положення.
- Мозок неандертальця розвивався інакше, ніж у сучасної людини
- З’ясувалося, чому клітини мозку “божеволіють” під час сну
Досліджуючи античні і середньовічні свідоцтва про сонячні затемнення, астрономи реконструювали обертання Землі за останні три тисячі років, але в цьому «літописі» залишався пробіл раннього Середньовіччя, з якого збереглося занадто мало літописних свідчень. У 1000 році сумарне відхилення становило пів години, на рубежі нової ери — цілих три години, а в проміжку між цими датами, завдяки невідомому внеску випадкових коливань, воно могло становити і годину, і всі два.
Вплив обертання Землі на траєкторію сонячного затемнення. Положення місячної тіні в просторі залишається незмінним, але її шлях по земній поверхні залежить від невизначеності обертання. Зсув спрямований на схід, якщо обертання було прискорено, і на захід, якщо уповільнено. / © https://studme.org/htm/img/33/1867/75.png
Вчені з Університету Цукуби на чолі з Хісаші Хаякава (Hisashi hayakawa) заповнили цю прогалину, проаналізувавши візантійські літописи з четвертого по сьоме століття нашої ери. Повний текст їх роботи, зі сканами і розшифровками оригіналів літописів, знаходиться у відкритому доступі. У літописах вдалося відшукати свідоцтва про повні сонячні затемнення 346, 418, 484, 601 і 693 років, і одне з них стало особливо показовим.
Сучасні розрахунки передбачали лише приватне затемнення в столиці Візантії – Константинополі – в 418 році, але літописець Філосторгій стверджує, що в той день стало темно, як вночі, і в небі було видно зірки. Інші літописи дозволили відтворити повну картину: в п’ятому столітті уповільнення обертання Землі трохи знизило свій темп, а в наступні два століття — навпаки, прискорилося. Завдяки цьому затемнення в Константинополі дійсно виявилося повним.
Смуга сонячного затемнення в Константинополі 19 липня 418 року, розрахована за попередніми даними, і за новою моделлю, що враховує додаткове випередження обертання Землі. / © https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1538-3873/ac6b56/pdf
Найімовірніше, такі довготривалі коливання темпу уповільнення обертання Землі пов’язані з “неквапливими” процесами: таненням льодовиків або змінами в режимі циркуляції розплавленого заліза в земному ядрі.