Tại sao Trái đất quay?
Hệ Mặt trời hình thành khi một đám mây bụi và khí dày đặc giữa không gian liên sao tự sụp đổ và bắt đầu quay. Peter Whibberley, một nhà nghiên cứu cấp cao tại Phòng thí nghiệm Vật lý quốc gia Vương quốc Anh, giải thích: “Có những vết tích của chuyển động ban đầu này trong chuyển động quay hiện tại của hành tinh chúng ta.
Nhờ vào động lượng góc - về cơ bản, và do quán tính nên một hệ đang quay sẽ tiếp tục quay cho đến khi có thứ gì đó chủ động chặn nó lại”. Nhờ động lượng góc đó, hành tinh của chúng ta đã quay hàng tỉ năm và do đó, chúng ta có ngày và đêm. Nhưng không phải lúc nào nó cũng quay với tốc độ như nhau.
Hàng trăm triệu năm trước, Trái đất đã thực hiện khoảng 420 vòng quay trong thời gian nó chuyển động một vòng quanh Mặt trời; chúng ta có thể thấy bằng chứng về việc một năm có thêm nhiều ngày như thế nào bằng cách kiểm tra các đường sinh trưởng trên hóa thạch san hô.
Mặc dù vậy, ngày cũng dần dài ra theo thời gian (một phần do tác động hấp dẫn của Mặt trăng kéo các đại dương của Trái đất khiến chúng ta chậm lại một chút), trong thời gian tồn tại của nhân loại, chúng ta đã giữ ổn định khoảng 24 giờ cho một vòng quay đầy đủ - tức là khoảng 365 vòng quay mỗi chuyến hành trình quanh Mặt trời.
Tuy nhiên, khi các nhà khoa học đã cải thiện khả năng quan sát chuyển động quay của Trái đất và theo dõi thời gian, họ nhận ra rằng, chúng ta có chút biến động về khoảng thời gian cần thiết để Trái đất quay hết một vòng.
Một cách mới để theo dõi thời gian
Vào những năm 1950, các nhà khoa học đã phát triển đồng hồ nguyên tử đếm thời gian dựa trên cách các electron trong nguyên tử xeri rơi vào trạng thái kích thích, năng lượng cao trở lại trạng thái bình thường.
Vì chu kỳ của đồng hồ nguyên tử được tạo ra bởi hành vi nguyên tử không đổi này, chúng không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi bên ngoài như với đồng hồ truyền thống.
Tuy nhiên, qua nhiều năm, các nhà khoa học đã phát hiện ra một vấn đề: Các đồng hồ nguyên tử chính xác này cũng hơi lệch so với thời gian mà phần còn lại của thế giới đang sử dụng.
Judah Levine, một nhà vật lý thuộc Bộ phận về Thời gian và Tần số của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia (Mỹ), cho biết: “Khi thời gian trôi qua, có sự phân kỳ dần dần giữa thời gian của đồng hồ nguyên tử và thời gian được đo bằng phương pháp thiên văn học, tức là theo vị trí của Trái đất hoặc Mặt trăng và các ngôi sao”.
Về cơ bản, một năm được đồng hồ nguyên tử ghi lại nhanh hơn một chút so với năm trước đó được tính từ chuyển động của Trái đất. Levine nói: Để giữ cho sự khác biệt đó không quá lớn, vào năm 1972, người ta đã đưa ra quyết định là định kỳ thêm giây nhuận và đồng hồ nguyên tử.
Giây nhuận hoạt động giống như những ngày nhuận mà chúng ta thêm vào cuối tháng Hai cứ bốn năm một lần, để bù đắp cho thực tế rằng Trái đất mất khoảng 365,25 ngày để chuyển động quanh Mặt trời. Nhưng không giống như năm nhuận, đến đều đặn bốn năm một lần, giây nhuận không thể đoán trước được.
Dịch vụ Hệ thống Tham chiếu và Chuyển động quay Trái đất quốc tế theo dõi tốc độ quay của hành tinh bằng cách gửi các chùm tia laser đến các vệ tinh để đo chuyển động của chúng, cùng với các kỹ thuật khác.
Khi thời gian một giây được tính bởi chuyển động của Trái đất không đồng bộ với thời gian được đo bằng đồng hồ nguyên tử, các nhà khoa học trên khắp thế giới phải phối hợp để dừng đồng hồ nguyên tử trong khoảng đúng một giây, vào lúc 11:59:59 tối ngày 30 tháng 6 hoặc 31 tháng 12, để cho phép đồng hồ thiên văn đuổi kịp, thì một giây đó chính là giây nhuận.
Thay đổi không ngờ tới
Kể từ giây nhuận đầu tiên được thêm vào năm 1972, các nhà khoa học đã thêm giây nhuận sau mỗi vài năm. Chúng được thêm vào một cách bất thường bởi vì chuyển động quay của Trái đất là thất thường, với các khoảng thời gian tăng tốc và chậm lại khác nhau, làm gián đoạn quá trình giảm tốc từ từ kéo dài hàng triệu năm của hành tinh.
Levine nói: “Tốc độ quay của Trái đất là một dữ liệu phức tạp. Nó liên quan đến sự trao đổi moment động lượng giữa Trái đất và khí quyển cũng như tác động của đại dương và Mặt trăng. Bạn không thể dự đoán được những gì sẽ xảy ra trong tương lai xa”.
Nhưng trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, tốc độ quay chậm lại của Trái đất đã giảm. Kể từ năm 2016, chưa có một giây nhuận nào được thêm vào và hành tinh của chúng ta hiện đang quay nhanh hơn so với nửa thế kỷ trước. Và các nhà khoa học không chắc là tại sao.
Levine nói: “Sự giảm nhu cầu về giây nhuận đã không được dự đoán trước. Trên thực tế, chúng ta đang giả định là Trái đất sẽ tiếp tục quay chậm lại và những giây nhuận sẽ tiếp tục cần thiết. Và do đó, hiệu ứng này, kết quả này là rất đáng ngạc nhiên”.
Rắc rối với giây nhuận
Tùy thuộc vào tốc độ quay của Trái đất và xu hướng đó tiếp tục trong bao lâu, các nhà khoa học có thể phải hành động. Whibberley nói: “Hiện tại, có mối lo ngại rằng nếu tốc độ quay của Trái đất tăng hơn nữa, chúng ta có thể cần phải có cái gọi là giây nhuận âm.
Nói cách khác, thay vì chèn thêm một giây để Trái đất bắt kịp, chúng ta phải lấy ra một giây từ bảng thời gian nguyên tử để đưa nó trở lại cùng trạng thái với Trái đất”.
Nhưng một giây nhuận âm sẽ đặt ra cho các nhà khoa học một loạt thách thức. Whibberley cho biết thêm, chưa bao giờ có giây nhuận âm nào trước đây và mối quan tâm là phần mềm sẽ phải xử lý những thứ chưa từng được thử nghiệm hoạt động trước đây.
Trên thực tế, cho dù là một giây nhuận hay một giây nhuận âm thì những thay đổi nhỏ này có thể là một vấn đề đau đầu với các ngành công nghiệp từ viễn thông đến hệ thống định vị. Đó là bởi giây nhuận can thiệp vào thời gian theo cách mà các máy tính không được chuẩn bị để xử lý.
Nền tảng chính của Internet là sự liên tục của dòng thời gian. Khi không có nguồn thông tin ổn định, liên tục, mọi thứ sẽ sụp đổ. Việc lặp lại một giây hoặc bỏ qua nó lên toàn bộ hệ thống có thể gây ra khoảng trống trong những gì được cho là dòng dữ liệu ổn định.
Giây nhuận cũng đặt ra một thách thức đối với ngành tài chính, nơi mỗi giao dịch phải có dấu ấn thời gian duy nhất của riêng nó - một vấn đề tiềm ẩn khi thời điểm 23:59:59 giây đó bị lặp lại chính nó.
Một số công ty đã tìm kiếm các giải pháp của riêng họ để tăng thời gian nhuận, giống như Google. Thay vì dừng đồng hồ để Trái đất bắt kịp thời gian nguyên tử, Google làm cho mỗi giây dài hơn một chút vào một ngày thứ hai nhuận. Đó là một cách làm nhưng không phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế về cách xác định thời gian.
Levine cho rằng, những giây nhuận không đáng là gì so với những rắc rối mà chúng gây ra. Do vậy, cách chữa còn tồi tệ hơn bản thân căn bệnh. Nếu chúng ta ngừng điều chỉnh đồng hồ của mình bằng giây nhuận thì có thể một thế kỷ sau chúng ta cũng chỉ lệch đến một phút so với thời gian “đúng” mà đồng hồ nguyên tử ghi lại.
