Egy nap a Földön korábban csak 19 óra volt körülbelül 1 milliárd éven keresztül

A Földön egyetlen nap nap 24 óráig tart. Ennyi idő kell ahhoz, hogy a Nap visszatérjen ugyanarra a helyre az égen, mint előző nap. A Holdnak...

A Földön egyetlen nap nap 24 óráig tart. Ennyi idő kell ahhoz, hogy a Nap visszatérjen ugyanarra a helyre az égen, mint előző nap. A Holdnak, a Föld egyetlen természetes műholdjának körülbelül 27 napra van szüksége ahhoz, hogy egyetlen kört megtehessen bolygónk körül, és átlagosan 384 399 km-es távolságban kering.

Az emberek időtlen idők óta nyomon követték a Napot és a Holdat, valamint ezek sziderikus és szinódikus időszakait. Legjobb tudomásunk szerint a Föld-Hold rendszert irányító orbitális mechanika ugyanaz, és természetesnek vettük őket.

De volt idő, amikor a Hold lényegesen közelebb keringett a Földhöz, és az átlagos nap sokkal rövidebb volt, mint ma. Egy kínai és német kutatópár közelmúltbeli tanulmánya szerint egy átlagos nap körülbelül 19 óráig tartott egymilliárd évig a proterozoikum korszakban - ez egy geológiai időszak a prekambriumban, amely 2,5 milliárd évtől 541 millió évig tartott. Ez azt mutatja, hogy ahelyett, hogy az idő múlásával fokozatosan növekedett volna (ahogy korábban gondolták), egy nap hossza a Földön hosszabb ideig állandó maradt.

A tanulmányt Ross N. Mitchell, a Földtudományi és Geofizikai Intézet CAS Állami Litoszféra Evolúciós Laboratóriumának és a Kínai Tudományos Akadémia Föld- és Bolygótudományi Főiskolájának geotudományi professzora és Uwe Kirscher végezte, aki korábban a Tübingeni Egyetemen (Németország) dolgozott, jelenleg pedig az ausztrál Curtin Egyetem Geotudományi Kutatóintézetének kutatója. A kutatásukat részletező tanulmány, "A középső proterozoikum naphossza az árapályrezonancia miatt megakadt" címmel nemrég jelent meg a Nature Geosciences-ben. (1)

Az elmúlt évtizedekben a geológusok egy speciális üledékes kőzettípust vizsgáltak, amely az árapály iszaprétegeiből megmaradt rétegeket tartalmaz. Az árapály-ingadozások okozta üledékrétegek számának megszámlálásával meg tudták határozni a korábbi geológiai időszakok napi óraszámát.

De az ilyen feljegyzések ritkák, és a korukat gyakran vitatták. Van azonban egy másik módszer is a naphossz becslésére, az úgynevezett ciklosztratigráfia, amelyet Mitchell és Kircher alkalmazott tanulmányukhoz.

Ez a geológiai módszer a ritmikus üledékrétegződést vizsgálja a Milanković-ciklusok kimutatására, amelyek leírják, hogy a Föld pályájának excentricitásában és ferdeségében bekövetkezett változások hogyan befolyásolják az éghajlatot az idő múlásával.

Az elmúlt években megszaporodtak azok a Milanković-feljegyzések, amelyek a régi múlttal foglalkoznak. Valójában az ősi geológiai időszakokra vonatkozó adatok több mint felét mindössze az elmúlt hét évben szerezték be. Ez lehetővé tette Mitchellnek és Kirchernek, hogy teszteljenek egy korábban nem bizonyított elméletet. Ahogy Kirscher kifejtette a CAS legutóbbi sajtóközleményében:

"Két Milanković-ciklus, a precesszió és a ferdeség, a Föld forgástengelyének ingadozásával és dőlésével függ össze az űrben. A korai Föld gyorsabb forgása tehát a múltban rövidebb precessziós és ferdeségi ciklusokban volt kimutatható. Emiatt, ha a múltban ez a két ellentétes erő egyenlővé vált volna egymással, egy ilyen árapály-rezonancia miatt a Föld naphossza nem változik, és egy ideig állandó maradt volna." (2)

Röviden, ez az elmélet azt állítja, hogy a nappalok hossza a múltban hosszabb ideig állandó értéken maradhatott, nem pedig fokozatosan nőtt. Ennek kulcstényezője a "nap-atmoszféra árapálya," ahol a töltött naprészecskék "lökése" a Napból (más néven napszél) a légkör nappali felmelegedésével függ össze. Ez hasonló ahhoz, hogy a Hold gravitációja által okozott holdapályok hogyan kapcsolódnak az óceánok szintjének emelkedéséhez és süllyedéséhez. De míg a Hold gravitációja fokozatosan lelassította a Föld forgását, addig a Nap volt a felelős a felgyorsításért.

Bár a nap-apály nem olyan erős, mint manapság a holdbéli megfelelőjük, ez nem biztos, hogy mindig így volt. Amikor a Föld gyorsabban forgott a múltban, a Hold gravitációs vonzása sokkal gyengébb lehetett. Amikor Mitchell és Kirscher megvizsgálta az adatgyűjtést, megjegyezték, hogy két-egy milliárd évvel ezelőtt a Föld naphossza úgy tűnik, hogy abbahagyta a hosszú távú növekedését, és körülbelül 19 óránál megállt. Mitchell szerint ezt az időszakot "milliárd évnek" vagy "unalmas milliárdnak" is nevezik.

Az új eredményben különösen érdekes, hogy az "unalmas milliárd" a légkörünk oxigéntartalmának két legnagyobb emelkedése között történt. Ez voltak a nagy oxigenizációs esemény, amikor a fotoszintetikus baktériumok drámaian megnövelték az oxigén mennyiségét a légkörben, és a kriogén időszak (más néven hógolyó-Föld) - egy jégkorszak, amikor a teljes felszínt (vagy annak közelében) jég borította. Ha megerősítik, ezek az eredmények azt jelzik, hogy a Föld forgásának alakulása összefügg a légkör összetételével.

A tanulmány azt az elképzelést is alátámasztja, hogy hosszabb napokra volt szükség ahhoz, hogy a fotoszintetikus baktériumok elegendő oxigént termeljenek ahhoz, hogy elérje a modern légköri szintet (24%).

Ennek a tanulmánynak azonban az a fő következménye, hogy hogyan változtatja meg a csillagászok felfogását a Föld múltbeli forgásával (vagy paleorotációjával) kapcsolatban. Hosszú ideig az volt az elmélet, hogy a Hold fokozatosan elnyeli a Föld forgási energiáját, lelassítja a bolygót, magasabb pályára lendíti a Holdat, és 24 órás napot hoz létre. De ezek az eredmények azt mutatják, hogy 2 milliárd és 1 milliárd évvel ezelőtt törés volt ebben a folyamatban. Ahogy Kirscher összefoglalta:

"A Föld forgásának legtöbb modellje azt jósolja, hogy a nap hossza következetesen egyre rövidebb volt az időben visszamenőleg. Két Milanković-ciklus, a precesszió és a ferdeség, a Föld forgástengelyének térbeli ingadozásával és dőlésével kapcsolatos. A korai Föld gyorsabb forgása ezért a múltban rövidebb precessziós és ferdeségi ciklusokban is kimutatható volt." (3)

(1) - https://www.nature.com/articles/s41561
(2) - https://phys.org/news/2023-06-billion
(3) - https://www.universetoday.com/1619