Физики из Университета Альберты Хуифэн Чжан и Матьё Дюмберри предложили объяснение многолетних изменений длины земных суток. В статье, опубликованной 23 сентября 2026 года в журнале Nature, они связали колебания продолжительности суток прежде всего с гравитационным моментом между внутренним ядром и мантией. На интервалах от 10 до 70 лет такие изменения достигают нескольких миллисекунд.

Как ядро влияет на вращение Земли

Земля вращается не как единый твёрдый шар. Жидкое внешнее ядро и мантия обмениваются угловым моментом. Если одна часть планеты немного ускоряется, другая замедляется, чтобы общий угловой момент сохранился. Поэтому даже небольшое изменение скорости мантии отражается на продолжительности суток.

Исследователи сопоставили реконструкцию вращения внутреннего ядра по сейсмическим данным с моделями потоков во внешнем ядре, полученными по изменениям магнитного поля. Затем они рассчитали три вида момента: гравитационный, электромагнитный и топографический. Параметры подбирали байесовским методом Монте-Карло, используя 400 вариантов модели потоков ядра.

Лучше всего наблюдаемую картину за 1964–2019 годы воспроизвёл гравитационный момент. Он возникает из-за смещения неоднородной формы внутреннего ядра относительно неоднородного распределения массы в нижней мантии. Такое смещение немного тянет мантию и меняет скорость её вращения. Электромагнитный и топографический моменты на границе ядра и мантии в расчётах в основном действуют в обратную сторону и ослабляют изменение.

Представим условный вращающийся диск. Внутри него находится немного смещённый груз, а вокруг расположены участки с разной плотностью. Когда груз перемещается, притяжение распределённых масс то слегка ускоряет диск, то притормаживает его. В земной системе роль груза играет меняющая положение неоднородная форма внутреннего ядра, а роль диска, среди прочего, выполняет мантия. Такая аналогия показывает направление взаимодействия, но не воспроизводит реальные размеры и силы внутри планеты.

Расчёты указывают, что внутреннее ядро может вязко менять форму за несколько лет. Наиболее удачные варианты модели дают характерное время релаксации около 10 лет, а весь оценённый диапазон составляет 2–31 год. Иными словами, в геофизическом смысле твёрдое внутреннее ядро может реагировать на нагрузку быстрее, чем предполагает образ неподвижного металлического шара.

Авторы подчёркивают, что их вывод относится главным образом к широким многодесятилетним изменениям. Сейсмическая реконструкция вращения внутреннего ядра имеет ограниченное временное разрешение, поэтому модель хуже описывает более короткие колебания. Для изменений продолжительностью 10–30 лет и менее роль моментов на границе ядра и мантии остаётся неясной. Не установлено и то, повторится ли выявленная примерно 70-летняя структура в будущем.

Речь не идёт о заметных для человека изменениях часов. Разница измеряется миллисекундами и фиксируется геодезическими наблюдениями. Но по таким малым колебаниям учёные могут судить о свойствах областей, недоступных прямому наблюдению. Полученная картина согласуется с динамичной нижней мантией и внутренним ядром, которое способно деформироваться и обмениваться угловым моментом с остальной планетой. Подготовить разбор научной публикации с расчётами и ограничениями можно в формате научной статьи.

Схема показывает, как данные о вращении внутреннего ядра и потоках внешнего ядра позволяют связать гравитационные моменты с изменениями длины суток

Фото: WikiImages / Pixabay