لینک‌های قابلیت دسترسی

خبر فوری
پنجشنبه ۱۰ خرداد ۱۴۰۳ تهران ۱۰:۵۲

دردسرهای هماهنگی میان ساعت استاندارد جهانی و شبانه‌روز نجومی


هماهنگ نگاه داشتن ساعت استاندارد جهانی با شبانه‌روز نجومی همواره نیازمند کم کردن گاه‌به‌گاه یک ثانیه از ساعت نجومی بوده، اما وضعیت کره زمین به‌گونه‌ای درآمده که این محاسبات دقیق را هم تحت‌تأثیر قرار داده است.

تغییرات هستهٔ زمین باعث سریع‌تر شدن چرخش زمین شده، از سوی دیگر اما اثرات تغییرات اقلیم باعث کندتر شدن آن شده است؛ در نتیجه، وضعیت نه‌چندان سادهٔ تنظیم زمان روی زمین از پیش هم پیچیده‌تر شده است.

زمان یکی از مرموزترین ماهیت‌های ابعاد جهانی است که ما در آن زندگی می‌کنیم. تا پیش از دوران فیزیک مدرن، نظر اغلب فیزیکدانان و فیلسوفان طبیعت بر این بود که ما موجوداتی فیزیکی در جهانی سه‌بعدی هستیم که همگی چون سواران قایقی روی رودخانه‌ای با سرعت آرام به نام زمان در حال حرکت هستیم. این قایق نه توان سریع‌تر رفتن و نه کندتر رفتن از جریان آب را دارد و سرعت آب رودخانهٔ زمان نیز همیشه ثابت است.

سپس دوران نسبیت آغاز شد. معلوم شد زمان نه‌تنها شاره (سیال) و روندی ثابت و بی‌تغییر نیست که اصولاً یکی از ابعاد جهان ما است که به آن فضا زمان می‌گوییم. فضا و زمان در هم بافته‌شده‌اند و مجزا کردن آن‌ها از هم غیرممکن است. از آن گذشته، معلوم شد هیچ زمان یکسانی وجود ندارد. زمانی که برای شما می‌گذرد، به این بستگی دارد که با چه سرعتی نسبت به دیگری در حال حرکت هستید یا در کنار چه جرمی آرام ‌گرفته‌اید.

ساعت در دنیای ما چند است؟

نیاز ما به حفظ زمان به دورانی بسیار دوتر و پیش‌تر از درک ما از زمان برمی‌گردد. بدن انسان‌ها برای بقا و همانند سایر موجودات زنده دارای ساعتی درونی است که خود را با شرایط اقلیمی تطبیق می‌دهد. از زمانی که انسان هوشمند پرسه‌زنی روی این سیاره را آغاز کرد، احساس نیاز به ساختاری برای حفظ زمان را درک می‌کرد و چه ابزاری بهتر از چرخش روزانهٔ زمین به دور خود که شبانه‌روز را پدید می‌آورد.

زمان نجومی

ما شبانه‌روز را به‌طور قراردادی به ۲۴ ساعت تقسیم کرده‌ایم. این کار برای راحت کردن این مسئله اتفاق افتاد که طول هر روز را ناچار نباشیم هر روز و هر سال تغییر دهیم. اما شبانه‌روز نجومی، یعنی مدت‌زمانی که زمین یک‌بار به دور خودش می‌چرخد، واقعاً ۲۴ ساعت نیست و از آن گذشته در طول ایام و سال‌های مختلف نیز ثابت نمی‌ماند.

دلیل این تغییر در مدت‌زمان شبانه‌روز نجومی به چند عامل برمی‌گردد. علاوه بر اثرات گرانشی اجرامی که در اطراف ما قرار دارند، هستهٔ مذابی که در مرکز زمین قرار دارد، در زمان‌های مختلف فعالیتش تغییر می‌کند و با تغییر جریان‌های مذاب هستهٔ زمین، سرعت چرخش آن نیز تغییر می‌کند.

این مثالِ هرچند نادقیق می‌تواند به درک این تغییر کمک کند. دو تخم‌مرغ را بردارید، یکی از آن‌ها را آب‌پز کنید و دیگری را خام نگه دارید. هر دو را با یک نیرو به گردش درآورید. می‌بینید که سرعت گردش این دو باوجود جرم و شکل یکسان، به‌واسطهٔ ساختار هستهٔ درونی‌شان، متفاوت با دیگری است. شبیه این امر نیز درون ‌هستهٔ زمین رخ می‌دهد.

همین‌طور حجم آب‌های آزاد روی زمین و اصطکاک اتمسفری زمین نیز عوامل دیگری هستند که بر طول مدت شبانه‌روز نجومی اثر می‌گذارند.

زمان اتمی

زمان مبتنی بر شبانه‌روز نجومی منجر به تغییراتی می‌شود که اگرچه درک آن برای ما سخت است، اما برای جهان امروز که شبکهٔ درهم‌تنیده‌ای از شبکه‌های رایانه‌ای تنظیم‌شده را تشکیل می‌دهد و انبوهی از ماهواره‌ها (ازجمله ماهواره‌های موقعیت‌یاب) را باید مدیریت کند و همین‌طور بازارهای اقتصادی که کسری از ثانیه خطا در تنظیم ساعت سیستم‌های رایانه‌ای می‌تواند باعث هزینه‌های میلیارد دلاری شود، این تغییرات جزئی قابل‌اغماض نیست.

به همین دلیل، برای حفظ یک زمان استاندارد که در سراسر زمین مورداستفاده قرار بگیرد، زمانی به نام زمان هماهنگ جهانی یا UTC بر مبنای تقسیم‌بندی ۲۴ ساعتهٔ شبانه‌روز کاربرد می‌یابد که مدت و طول آن نه بر مبنای چرخش زمین به دور خود که بر مبنای ساعتی اتمی تعریف می‌شود.

بر این اساس، یک ثانیه در معیارهای استاندارد به این صورت تعریف می‌شود: «به مدت زمانی ثانیه می‌گویند که یک اتم سزیم ۹٬۱۹۲٬۶۳۱٬۷۷۰ بار نوسان کند.»

بروز مشکل

مسئله این است که با وجود این‌که بازهٔ این تناوب اتم سزیم همیشه ثابت و در نتیجه مجموع ثانیه‌های تشکیل‌دهندهٔ یک شبانه‌روز نیز همیشه ثابت است، اما طول شبانه‌روز نجومی (UT1) به‌دلایلی که به آن اشاره کردیم، تغییر می‌کند. با گذشت زمان، کم‌کم میان زمان هماهنگ جهانی و شبانه‌روز نجومی اختلاف می‌افتد. به همین دلیل هر از چند گاهی یک ثانیهٔ کبیسه به زمان UTC افزوده می‌شود.

دلیل این‌که تا کنون شاهد اضافه شدن این ثانیه به زمان بوده‌ایم این واقعیت است که در طی سال‌های اخیر سرعت دوران زمین به دور خودش در حال کم شدن بود و برای تنظیم اثر آن با زمان استاندارد باید یک ثانیه به آن اضافه می‌کردیم.

اما از چند دهه پیش تغییرات هستهٔ مذاب مرکز زمین تغییر کرد. این تغییرات باعث شده در این سال‌ها سرعت گردش زمین به دور خودش افزایش یابد و در نتیجه این فاصلهٔ زمانی کم شود. بر اساس تخمین‌ها، با این روند، باید سال جاری برای اولین بار به‌جای اضافه کردن یک ثانیه به زمان استاندارد برای خنثی کردن اثر افزایش سرعت دوران زمین یک ثانیه از آن کم می‌کردیم. اما داستان به همین جا ختم نشد.

زمین گرم‌تر و سیاره کمی چاق‌تر

شما هم احتمالاً تصاویر رقاصان روی یخ را دیده‌اید که چطور با مهارت بر روی تیغه‌های نازک روی سطوح یخی می‌سُرند و می‌چرخند. وقتی یکی از این پاتیناژبازان در حال چرخیدن به دور خود است، اگر دستانش را از حالت باز جمع کند و روی سینه‌اش بگذارد، سرعت دَوَرانش زیاد می‌شود و وقتی دستش را دوباره باز کند، سرعت دَوَرانش کاهش می‌یابد. این به دلیل قانون بقای اندازهٔ حرکت زاویه‌ای است.

زمین ما نیز حالا دچار این وضعیت شده است. تغییرات اقلیم و گرمایش زمین باعث شده میزان زیادی از یخ‌های قطبی ذوب شوند و به درون آب‌های آزاد راه یابند. زمین نیز در حال گردش به دور خود است و عمدهٔ این آب در منطقهٔ استوایی جمع می‌شود و باعث می‌شود زمین در ناحیهٔ استوایی شکم بزرگ‌تری از قبل پیدا کند. بله، درست حدس زدید؛ زمین ما واقعی یک کرهٔ کامل نیست و شعاع آن در مناطق استوایی بیشتر از شعاع قطبی آن است.

در اثر این چاقی ناشی از تغییرات اقلیم (همانند همان پاتیناژبازی که دستانش را باز کرده)، سرعت دَوَران زمین به دور خودش کاهش پیدا کرده است. این کاهشِ سرعت اثر آن افزایشِ سرعتِ ناشی از تغییرات هستهٔ مذاب زمین را خنثی کرده و کم کردن یک ثانیه از ساعت استاندارد جهانی را به تأخیر انداخته است.

آیا مهم است؟

اگرچه داشتن زمانی دقیق و یکسان برای دنیای امروز ضروری است، اما در واقع نیازی به این کبیسه‌گیری وجود ندارد و پیشنهادهایی برای روش‌های بدون نیاز به این تغییر پیشنهاد شده است. این تغییر ساده برای بسیاری از سرورها و شرکت‌های ارتباطاتی می‌تواند به امری سرگیجه‌آور بدل شود. اگرچه این تغییرها بسیار کمتر از توان ادراک ما است، اما از دو جهت موضوع فوق‌العاده مهمی است.

نخست یادآوری این‌که ما در چه جهان فعال و پویا و بشولنده‌ای زندگی می‌کنیم و در زیر سطح این بستر سنگی که گمان می‌کنیم چنین محکم پای روی آن نهاده‌ایم، چه دنیای پرآشوبی قرار دارد.

از آن مهم‌تر آن‌که این موضوع یادآوری جدی برای میزان اثر تغییراتی است که انسان به‌واسطهٔ تغییرات اقلیم بر طبیعت وارد می‌کند. تغییرات انجام‌شدهٔ به‌واسطهٔ ما به معنای واقعی کلمه در حال تغییر دادن سرعت چرخش زمین به دور خود است و این می‌تواند هشداری جدی دیگری باشد برای این‌که انسان امروز به اثرات اقدامات خود فکر کند.

XS
SM
MD
LG