Рубрика: Наука

Швидше танення льодовиків у Гренландії та Антарктиці могло стати причиною, через яку сильніше знизилася кутова швидкість Землі. Через це необхідність відняти високосні секунди може знадобитися на три роки пізніше.

Астрономічний рік, тобто час, за який Земля робить повний оберт навколо своєї осі, не збігається з календарним. Про це нагадує зокрема високосний рік, коли кожен четвертий лютий отримує додатковий день. Причина цього явища в тому, що швидкість, з якою обертається планета, є непостійною і кожної наступної доби незначно відрізняється від попередньої.

Щоб синхронізувати календарний рік з астрономічним, вчені стежать за зміною швидкості обертання Землі (кутової швидкості). Крім того, вони виявляють причини, що впливають на «поведінку» планети: це необхідно, щоб передбачати швидкість її подальшого обертання та найближчу необхідність регулювати всесвітній координований час (UTC).

«Настроюють» UTC за допомогою так званих високосних секунд. Коли календар розходиться із реальною швидкістю обертання Землі, одну секунду або додають до року, або, навпаки, віднімають із нього (негативна високосна секунда). Згідно з існуючими розрахунками, негативна високосна секунда мала вперше знадобитися у 2026 році. Однак нове дослідження показало, що це може статися на три роки пізніше — через те, що льодовики у Гренландії та Антарктиці почали танути швидше. Відповідну наукову статтю опублікував журнал Nature.

Дослідник із Каліфорнійського університету в Сан-Дієго проаналізував існуючі дані та прогнози про обертання Землі. Якщо виходити з того, що кутова швидкість розплавленого ядра Землі в останні десятиліття зменшувалася з постійною швидкістю (збільшуючи кутову швидкість решти, твердої частини планети), і екстраполювати цю закономірність на найближче майбутнє, то вийде, що відняти високосну секунду потрібно у 2026 році. Проте вчений зауважив, що через глобальне потепління та посилене танення крижаних шапок у Гренландії та Антарктиці швидкість обертання Землі зменшилася швидше, ніж це відбувалося раніше. За допомогою математичного моделювання автор статті виявив, що за нової швидкості негативна високосна секунда може не знадобитися до 2029 року.

Результати роботи вченого говорять про те, що через зміни у «поведінці» Землі відредагувати політику регулювання UTC доведеться раніше, ніж передбачалося. Щобільше, оскільки глобальне потепління та обертання планети виявилися тісно пов’язаними, за впливом першого процесу на другий необхідно продовжувати стежити у майбутньому.

Зміна швидкості, з якою обертається Земля, може стати причиною проблем у багатьох сферах, наприклад, у розподілених обчисленнях та фінансових ринках, оскільки вони потребують точної та стандартизованої часової шкали. Високосные секунди приносять незручності, оскільки заздалегідь запрограмувати їх облік неможливо: їх запроваджують виходячи з поточних спостережень за швидкістю обертання Землі. При цьому раніше секунди тільки додавали, і можливі наслідки безпрецедентного віднімання поки що невідомі.

Польський вчений Микола Коперник зробив революцію в астрономії, представивши геліоцентричну систему світу, в якій Земля та всі планети обертаються навколо Сонця. Однак прижиттєвих портретів знаменитого астронома та математика не збереглося, тому достеменно не відомо, як він виглядав.

Портрет Коперника, який дійшов до наших днів, написали в 1580 році, вже після смерті вченого в 1543-му.

Тепер за справу взявся бразильський дослідник і 3D-дизайнер Сісеро Мораїс (Cicero Moraes), який давно займається реконструкцією зовнішності стародавніх та середньовічних людей.

Мораїс використав виявлений у Польщі 19 років тому череп, який, як передбачається, належить Копернику. У черепа була відсутня нижня щелепа, тому реконструктор використовував базу даних людей, які нині живуть, мають схожі параметри черепа. Особа, що вийшла в результаті, дуже схожа на портрет Коперника 1580 року.

Покриття арктичного морського льоду у 2024 році зменшилося до 6 мільйонів квадратних миль, продовжуючи 46-річну тенденцію скорочення та потоншення. Морський лід у верхній частині планети продовжував зменшуватися та тоншати у 2024 році. Максимальне зимове покриття льоду в Північному Льодовитому океані відповідає поточному 46-річному спаду.

Аналіз супутникових спостережень показав, що 14 березня загальна площа Північного Льодовитого океану, покритого морським льодом, досягла 6 мільйонів квадратних миль (15,65 мільйона квадратних кілометрів). Це на 247 000 квадратних миль (640 000 квадратних кілометрів) менше, ніж середня максимальна площа між 1981 і 2010 рр. Загалом, з 1979 р. максимальне зимове покриття льодом в Арктиці скоротилося на площу, еквівалентну розміру Аляски.

На карті вище показано протяжність льоду 14 березня, у день річного максимуму. Щоб визначити ступінь, вчені проектують супутникові спостереження морського льоду на сітку, а потім додають загальну площу кожної комірки, що принаймні на 15 відсотків вкрита льодом. Жовтий контур показує середню площу морського льоду за лютий з 1981 по 2010 рік. Медіана є середнім значенням; тобто половина екстентів була більшою за жовту лінію, а половина меншою.

На цій діаграмі показано щоденну площу морського льоду до середини березня 2024 року (червоний колір) порівняно з рекордно низьким рівнем 2017 року (помаранчевий) і середню площу з 1981 по 2010 рік (синій). Цьогорічний максимум арктичного льоду став 14-м найнижчим за всю історію спостережень. Складні погодні умови ускладнюють прогнозування того, що станеться в будь-якому році.

Вчені з NASA та Національного центру даних про сніг і лід (NSIDC) в Університеті Колорадо, Боулдер, відстежують ці сезонні та річні коливання, оскільки морський лід формує полярні екосистеми Землі та відіграє важливу роль у глобальному кліматі.

«Морський лід і сніг на ньому дуже добре відбивають», — сказала дослідник льоду Лінетт Буаверт з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA. «Влітку, якщо у нас більше морського льоду, він відбиває сонячне випромінювання та допомагає підтримувати планету прохолоднішою».

І навпаки, зменшення льоду робить Землю більш сприйнятливою до сонячного нагрівання. Оголений океан темніший і легко поглинає сонячне випромінювання, вловлюючи та зберігаючи цю енергію та, зрештою, сприяючи потеплінню океанів та атмосфери планети.

Морський лід навколо полюсів більш сприйнятливий до погоди, ніж це було десяток років тому. Вимірювання товщини льоду, зібрані лазерними висотомірами на борту супутника NASA ICESat-2, показують, що в теплі місяці льоду залишається менше. Це означає, що новий лід повинен утворюватися з нуля щороку, а не будувати старий лід, щоб створити товщі шари. Більш тонкий лід, своєю чергою, більш схильний до танення, ніж багаторічні накопичення.

«Вважається, що через пару десятиліть ми матимемо літо, по суті, без льоду», – сказав Буаверт, коли площа льоду зменшиться до 400 000 квадратних миль (1 мільйон квадратних кілометрів), а більша частина Північного Льодовитого океану буде піддана впливу теплий відблиск сонця.

Міжнародний союз геологічних наук рішуче відкинув антропоцен як нову епоху в історії Землі. Термін, який активно обговорювався 15 років, залишиться неформальним. Після льодовикового періоду 11 700 років тому настав голоцен — епоха, в якій людство живе досі. Однак деякі вчені у XX столітті запропонували новий період в історії планети, що бере початок з середини XIX століття — антропоцен. Як випливає з назви, людина стала головною фігурою, що діє, яка повсюдно впливає на Землю, і особливо, на клімат і біосферу. Нещодавні зміни, імовірно, настільки серйозні, що довкілля залишило умови голоцену і зробило крок у нову епоху.

Вважається, що сотні мільярдів тонн вуглекислого газу, які виробляються в гігантських кількостях, це головний слід, який людина залишить після себе. Але в геологічному літописі таких свідчень поки що знайти не вдається. Через це пропозиція періоду антропоцену залишається спірною.

У 2009 році утворилася Робоча група з вивчення антропоцену (AWG), яка мала довести, що кліматичні та геологічні зміни відповідають зміні епох. Точкою відліку вибрали випробування ядерної бомби. Дебати тривали майже 15 років, доки у 2023 році Робоча група не підготувала звіт для Підкомісії зі стратиграфії четвертинного періоду, яка входить до складу Міжнародної спілки геологічних наук (IUGS). У звіті фахівці як індикатори початку антропоцену пропонували «Велике прискорення», а також канадські озера Кроуфорд, де в донних відкладах виявили ізотопи плутонію — вони виникли після випробування атомної бомби.

Але днями Міжнародна спілка геологів рішуче і майже одноголосно відкинула антропоцен як нову епоху в історії Землі. Цей термін, як зазначається, можна використовувати лише неформально. Справа в тому, що деталі звіту Робочої групи були відомі ще до офіційної публікації та широко розійшлися у ЗМІ та науково-популярній літературі. Через це слово «антропоцен» встигло узвичаїтися до наукового обґрунтування.

Як зазначають експерти IUGS, великих трансформацій планети на кшталт «Великого окислення» або Кембрійського вибуху за останні 70 років не сталося. Адже в порівнянні з іншими періодами антропоцен триває менше, ніж одне людське життя. Але незважаючи на це, Робоча група, як йдеться у заяві Міжнародної спілки, надала важливу послугу науковій спільноті, зібравши дані про глобальний вплив діяльності людини.

Свій коментар залишив і геолог Ян Заласевич, який керував Робочою групою з антропоцену з 2009 року: «Постанова IUGS означає, що поняття “антропоцен” буде й надалі використовуватись для відображення принципово різних концепцій. Це втрачена можливість визнати і схвалити ясну і просту реальність: наша планета різко та безповоротно залишила природний стан функціонування у середині ХХ століття. Міріади геологічних сигналів відбивають цей факт».

Фізик Рон Маллетт оголосив про створення передового математичного рівняння, що відкриває шлях до подорожей у часі. Ця ідея, раніше вважано частиною наукової фантастики, тепер знаходить шлях до реальності. Після смерті свого батька в юності, Маллетт знайшов втіху в науковій літературі, зокрема в роботах Герберта Уеллса, як «Машина часу», що надихнуло його досліджувати можливості здійснення часових подорожей.

Виходячи з вивчення чорних дір і теорій відносності Альберта Ейнштейна, Маллетт прийшов до висновку, що створення часових циклів можливе через використання гравітаційного впливу чорних дір. Його концепція передбачає використання лазерного кільця для створення ефекту, що спотворює простір і час, подібно до чорної діри.

Незважаючи на ряд викликів, включаючи потребу в «енергії на галактичному масштабі» та обмеження сучасних технологій, професор залишається оптимістичним щодо реалізації своєї теорії. Втім, він вказує, що машина часу зможе надсилати інформацію у минуле тільки після її активації, обмежуючи можливість подорожей у часі до моменту її створення.

Ключовим елементом теорії Маллетта є ідея просторово-часового континууму, що об’єднує просторові і часові виміри в один чотиривимірний простір. Це змінює наше уявлення про реальність.

Дослідження простору-часу додатково підкріплене виявленням гравітаційних хвиль, демонструючи динамічну природу Всесвіту і відкриваючи нові можливості для спостереження космічних подій, недоступних раніше. Джерело

Декільком тисячам датчиків, розташованих на квадратному кілометрі біля Південного полюса, поставлено завдання відповісти на одне з великих невирішених питань у фізиці: чи існує квантова гравітація? Датчики контролюють нейтрино — частинки без електричного заряду і майже без маси, які прибувають на Землю з космосу. Команда з Інституту Нільса Бора (NBI) Копенгагенського університету внесла свій внесок у розробку методу, який використовує дані про нейтрино, щоб виявити, чи існує квантова гравітація.

«Якщо, як ми віримо, квантова гравітація дійсно існує, це сприятиме об’єднанню нинішніх двох світів фізики. Сьогодні класична фізика описує явища в нашому нормальному оточенні, такі як гравітація, тоді як атомний світ можна описати лише за допомогою квантової механіки.

«Об’єднання квантової теорії та гравітації залишається одним із найвидатніших викликів у фундаментальній фізиці. Було б дуже приємно, якби ми змогли зробити свій внесок у досягнення цієї мети», — каже Том Статтард, доцент NBI.

Штуттард є співавтором статті, опублікованої в журналі Nature Physics. У статті представлені результати великого дослідження команди NBI та американських колег. Досліджено понад 300 тис. нейтрино. Однак це не нейтрино найцікавішого типу, що походять із джерел у далекому космосі. Нейтрино в цьому дослідженні були створені в атмосфері Землі, коли високоенергетичні частинки з космосу стикалися з азотом або іншими молекулами.

«Погляд на нейтрино, що походять із земної атмосфери, має практичну перевагу в тому, що вони набагато більш поширені, ніж їхні побратими з космосу. Нам потрібні були дані багатьох нейтрино, щоб підтвердити нашу методологію. Зараз це зроблено. Таким чином, ми готові до перейти до наступної фази, на якій ми будемо вивчати нейтрино з глибокого космосу», — каже Штуттард.

Безтурботно подорожує Землею

Нейтринна обсерваторія IceCube розташована поруч із Південнополярною станцією Амундсена-Скотта в Антарктиді. На відміну від більшості інших астрономічних і астрофізичних установок, IceCube найкраще працює для спостереження за космосом на протилежному боці Землі, тобто в північній півкулі. Це пояснюється тим, що хоча нейтрино цілком здатне проникнути через нашу планету — і навіть через її гаряче, щільне ядро ​​— інші частинки будуть зупинені, і таким чином сигнал набагато чистіший для нейтрино, що надходить із північної півкулі.

Об’єктом IceCube керує Університет Вісконсіна-Медісон, США. Понад 300 науковців з усього світу брали участь у співпраці IceCube. Університет Копенгагена є одним із понад 50 університетів із центром IceCube для вивчення нейтрино.

Оскільки нейтрино не має електричного заряду та є майже безмасовим, воно не зачіпається електромагнітними та сильними ядерними силами, що дозволяє йому мандрувати мільярди світлових років через Всесвіт у своєму початковому стані. Ключове питання полягає в тому, чи насправді властивості нейтрино повністю незмінні, коли воно подорожує на великі відстані, чи все-таки помітні крихітні зміни.

«Якщо нейтрино зазнає тих ледве помітних змін, про які ми підозрюємо, це стане першим переконливим доказом квантової гравітації», — каже Стуттард.

Нейтрино буває трьох видів

Щоб зрозуміти, які зміни у властивостях нейтрино шукає команда, потрібна довідкова інформація. Хоча ми називаємо це частинкою, те, що ми спостерігаємо як нейтрино, насправді є трьома частинками, створеними разом, відомими у квантовій механіці як суперпозиція.

Нейтрино може мати три фундаментальні конфігурації — аромати, як їх називають фізики, — це електрон, мюон і тау. Яка з цих конфігурацій, яку ми спостерігаємо, змінюється під час подорожі нейтрино, справді дивного явища, відомого як осциляції нейтрино. Ця квантова поведінка зберігається протягом тисяч кілометрів і більше, що називається квантовою когерентністю.

«У більшості експериментів когерентність незабаром порушується. Але вважається, що це не спричинено квантовою гравітацією. Просто дуже важко створити ідеальні умови в лабораторії. Вам потрібен ідеальний вакуум, але якимось чином кільком молекулам вдається проникнути туди. тощо

«Натомість нейтрино особливі тим, що на них просто не впливає речовина навколо них, тому ми знаємо, що якщо когерентність порушується, це не буде через недоліки в створеній людиною експериментальній установці», — пояснює Штуттард.

Багато колег поставилися до цього скептично

На запитання, чи результати дослідження, опубліковані в Nature Physics, відповідають очікуванням, дослідник відповідає: «Ми опинились у рідкісній категорії наукових проектів, а саме експериментів, для яких не існує встановленої теоретичної основи. Таким чином, ми просто не знали, що робити, однак ми знали, що можемо шукати деякі загальні властивості, які ми могли б очікувати від квантової теорії гравітації».

«Хоча ми сподівалися побачити зміни, пов’язані з квантовою гравітацією, той факт, що ми їх не бачили, зовсім не виключає, що вони реальні. Коли атмосферне нейтрино виявляється на антарктичному об’єкті, воно, як правило, проходило через нього. Земля. Це означає приблизно 12 700 км — дуже коротка відстань у порівнянні з нейтрино, що походять із далекого Всесвіту. Очевидно, для впливу квантової гравітації, якщо вона існує, потрібна набагато більша відстань», — каже Штуттард, зазначивши, що головна мета — дослідження полягало у встановленні методології.

«Протягом багатьох років багато фізиків сумнівалися, чи можуть експерименти коли-небудь перевірити квантову гравітацію. Наш аналіз показує, що це дійсно можливо, і з майбутніми вимірюваннями з астрофізичними нейтрино, а також з більш точними детекторами, які будуть створені в найближче десятиліття, ми сподіваємося, нарешті відповісти на це фундаментальне запитання».