Вращение Земли – одно из важнейших свойств нашей планеты. Вследствие ее вращения происходят, как известно, не только смена дня и ночи, что регулирует всю биологическую жизнь планеты, но и видимое суточное движение небесных тел, а также множество различных процессов, происходящих на Земле.

Представление о вращении Земли возникло еще в древности. Закономерности ее движения изучали И. Кеплер и И. Ньютон, П. Лаплас и Ж. Лагранж, Л. Эйлер и А. Ляпунов. В настоящее время в мире действует широко разветвленная сеть обсерваторий, в том числе крупнейшая в нашей стране – Пулковская, в которых непрерывно ведутся наблюдения за вращением Земли, изменяемостью широт, движением полюсов.

С тех прр как стало известно, что Земля вращается около своей оси, появилась гипотеза, поначалу не вызывавшая никаких сомнений: вращение Земли равномерное, и ее никем невидимая ось не изменяет своего положения по отношению к звездам. Само собой разумеется, что Земля принималась в этом случае за твердое тело.

Допущение твердости Земли и ее равномерного вращения означало, что координаты данного места на Земле (положение тела относительно других объектов) остаются неизменными. Дальнейшие астрономические наблюдения и, позднее, теория вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной точки заставили отказаться от этих гипотез.

Сомнения в постоянстве скорости вращения Земли возникли после открытия Э. Галлеем в 1695 году векового движения Луны. Мысль о вековом замедлении вращения Земли под действием приливного трения впервые была высказана И. Кантом в 1755 году. Сомнения в неподвижности оси вращения Земли возникли у Л. Эйлера в 1758 году.

Прошло, однако, каких-нибудь сто лет, и было выяснено, что Земля вращается неравномерно, что наблюдаются периодические вековые и нерегулярные изменения скорости ее вращения и соответственно величины суток, а еще через пятьдесят лет некоторые параметры этих изменений удалось определить. С тех пор за неравномерностью вращения Земли астрономы стали наблюдать регулярно.

Эти исследования, в частности, показали, что скорость вращения Земли меняется то в одну, то в другую сторону. Например, в прошлом веке вращение Земли замедлялось, а в первые десятилетия XX века это замедление прекратилось и сменилось ускорением. Происходят и внезапные кратковременные изменения скорости вращения.

Отчего это происходит? Какие силы то затормаживают, а то раскручивают нашу планету?

На эти вопросы нет сегодня точного ответа. «Следствие по делу» ведется давно и тщательно, собрано немало «свидетельских показаний» и «вещественных доказательств». Имеются «подозреваемые» и явные «соучастники», но для подтверждения подозрений недостает фактов. Что же касается выявляемых «соучастников», то не до конца установлена еще доля участия каждого из них в этом непростом «деле»…

Так, например, заметную роль в колебаниях скорости вращения Земли с периодами менее одного месяца играют земные приливы. Приливообразующая сила растягивает Землю вдоль прямой, соединяющей ее центр с центром возмущающего тела – Луны или Солнца. Моменты инерции сплющенной Земли больше, чем моменты инерции недеформированной шарообразной планеты. А поскольку момент импульса Земли, то есть произведение ее момента инерции на угловую скорость, должен оставаться постоянным, скорость вращения сплюснутой Земли меньше, чем скорость недеформированной. При движении Луны вокруг Земли и системы «Земля-Луна» вокруг Солнца расстояние от Земли до Луны и Солнца меняется. Поэтому Приливообразующая сила колеблется во времени, что в конечном итоге и вызывает неравномерность вращения Земли.

Приливные выступы постоянно перемещаются по земной поверхности вслед за Луной и Солнцем с востока на запад, то есть в направлении, обратном суточному вращению Земли. Естественно, что при таком перемещении возникают силы трения, которые тормозят вращение Земли. Вторая причина заключается в том, что Земля вращается не как твердое тело, угловая скорость вращения всех точек которого от центра до периферии одна и та же. У Земли же угловые скорости точек тем меньше, чем ближе они к центру Земли. На границе перехода сравнительно твердой мантии к жидкому ядру скорость вращения должна измениться плавным «скачком», вследствие чего между мантией и жидким яд возникает сила трения, тормозящая вращение мантии. Расчеты показывают, что из-за этого сутки должны удлиняться на 0,003 секунды за столетие…

Разумеется, лучше всего следствие вести по горячим следам. И такой случай представился относительно недавно. В феврале 1960 года директор Парижской обсерватории А. Данжон установил, что сразу же после регистрации яркой вспышки на Солнце было зафиксировано замедление вращения Земли на 0,85 миллисекунды в сутки, но затем, словно бы спохватившись, Земля стала стремительно наращивать свои обороты, сокращая длительность каждых последующих суток сразу на 3,7 миллисекунды.

Подозрение, павшее на солнечную активность, было проверено. Оказалось, что по данным, полученным за многие десятилетия, колебания интенсивности солнечной активности так или иначе отслеживаются скоростью вращения Земли. Но имеются и другие космические и земные факторы, которые тоже могут «проходить» по рассматриваемому делу.

Как известно, около 2 процентов всей воды на Земле находится в замерзшем состоянии (в основном в виде льда). Общая масса льда в современную эпоху равна 28,4x1018 килограмм: из них 90 процентов приходится на ледниковый щит Антарктиды, 9 процентов на ледник Гренландии и менее 1 процента на все остальные горные ледники. Площади ледниковых щитов составляют: в Антарктиде 13,9х1012 квадратных метров, в Гренландии 1,8х1012 квадратных метров, горных ледников 0,5х1012 квадратных метров.

Масса ледников во времени значительно меняется. Например, 12 000 лет назад растаял громадный ледниковый щит, покрывавший в четвертичном периоде почти всю Русскую равнину и значительные пространства Западной Европы и Северной Америки. Во время малого «климатического оптимума», который был около тысячи лет назад, ледниковый щит Гренландии имел меньшую массу, чем ныне. Такое перераспределение влаги между Мировым океаном и ледниковыми щитами неизбежно сопровождается изменением момента инерции Земли и в конечном счете должно приводить к неравномерности ее вращения.

Несколько лет тому назад группа крупных ученых выступила с идеей, что флуктуации скорости вращения нашей планеты обусловлены проникновением энергии солнечного ветра (например во время магнитной бури), что и приводит к возрастанию скорости суточного вращения Земли.

Исследования последней четверти века показали, что одной из существенных причин сезонной неравномерности вращения Земли является атмосферная циркуляция. Известно, что в среднем атмосфера движется относительно земной поверхности в низких широтах с востока на запад (дуют восточные ветры), а в умеренных и высоких – с запада на восток (преобладают западные ветры). Момент импульса восточных ветров отрицателен, а западных – положителен. Если бы эти моменты были равны по величине, то они бы компенсировали друг друга. Однако подсчеты показывают, что момент импульса восточных ветров в несколько раз меньше, чем западных ветров. Это обстоятельство и приводит в определенные моменты к изменению скорости вращения планеты.

Больше того, влияние атмосферы на вращение Земли можно оценить не только в результате подсчетов момента импульса атмосферы, но и путем вычисления моментов сил, действующих на Землю со стороны атмосферы. К ним относятся, как известно, моменты сил трения ветра о подстилающую поверхность и момент сил давления на горные хребты, которые подобно «парусам» стоят на пути ветров. Зная суммарный момент сил, легко вычислить ускорения вращения планеты, по которым в свою очередь нетрудно рассчитать неравномерность вращения Земли.

Современные нерегулярные увеличения скорости вращения Земли связывают также с приближением и «присоединением» в далеком прошлом к нашей планете гипотетического второго спутника, который получил в честь древнеславянского божества имя Перуна. Рассматриваемая гипотеза объясняет их тем, что отдельные скопления плотных обломков Перуна после землетрясений приходят в движение и перемещаются к центру планеты со всеми вытекающими из этого последствиями.