Γιατί αυξήθηκε η διάρκεια της ημέρας κατά 30 λεπτά από την εποχή των δεινοσαύρων;

Η Γη περιστρεφόταν ταχύτερα πριν από 70 εκατομμύρια χρόνια (στο τέλος της εποχής των δεινοσαύρων) σε σχέση με σήμερα. Η διάρκεια μιας ημέρας ήταν κατά μισή ώρα μικρότερη (23,5 ώρες αντί 24 ώρες) και το έτος περιλάμβανε 372 αντί για 365 ημέρες.

Αυτό ήταν γνωστό, αλλά επιβεβαιώνεται και από το συμπέρασμα μιας νέας επιστημονικής έρευνας, που βασίστηκε στη μελέτη των απολιθωμάτων ενός αρχαίου μαλάκιου (κάτι σαν αχιβάδα) της ύστερης κρητιδικής περιόδου. Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον γεωχημικό Νιλς ντε Βίντερ του Ελευθέρου Πανεπιστημίου των Βρυξελλών, δημοσιεύουν τα αποτελέσματά τους στην εργασία τους με τίτλο: «Subdaily‐Scale Chemical Variability in a Torreites Sanchezi Rudist Shell: Implications for Rudist Paleobiology and the Cretaceous Day‐Night Cycle».

agupubs.onlinelibrary.wiley.com

Το αρχαίο μαλάκιο βρέθηκε στα σημερινά βουνά του Ομάν (μια περιοχή που τότε ήταν τροπικά ρηχά νερά), αναπτυσσόταν γρήγορα και κάθε ημέρα προσέθετε στο σώμα του δακτυλίους ανάπτυξης, όπως συμβαίνει με τους κορμούς των δέντρων, κάτι που επιτρέπει τη δενδροχρονολόγηση. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν λέιζερ για να μετρήσουν με ακρίβεια τους δακτυλίους αυτούς και να κάνουν νέες εκτιμήσεις για τη διάρκεια της ημέρας πριν από 70 εκατ. χρόνια. Επιπλέον, η ανάλυση δείχνει ότι οι θερμοκρασίες των ωκεανών εκείνης της εποχής ήταν πολύ υψηλότερες από τις σημερινές, φθάνοντας ακόμη και τους 40 βαθμούς Κελσίου το καλοκαίρι και ξεπερνώντας τους 30 βαθμούς τον χειμώνα. Τα εν λόγω μαλάκια εξαφανίστηκαν μαζί με τους δεινόσαυρους της ξηράς μετά την πτώση μεγάλου αστεροειδούς στην περιοχή του Μεξικού, πριν από 66 εκατ. έτη.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ για να δημιουργήσουν μικροσκοπικές τρύπες στο μαλάκιο και στη συνέχεια να ερευνήσουν για ίχνη στοιχείων. Αυτά, με τη σειρά τους, παρείχαν πληροφορίες για τη θερμοκρασία και τη χημική σύνθεση του νερού. «Έχουμε τέσσερα έως πέντε στοιχεία την ημέρα, κάτι που σπάνια εξασφαλίζεις στη γεωλογική ιστορία», εξηγεί ο επικεφαλής της έρευνας Νιλς ντε Βίντερ, ο γεωχημικός του Πανεπιστημίου των Βρυξελλών που έκανε την ανακοίνωση. «Βασικά, μπορούμε να δούμε μία ημέρα πριν από 70 εκατ. χρόνια». Επειδή το αρχαίο απολίθωμα εμφάνιζε μεγάλες εποχικές διαφοροποιήσεις ή αλλαγές στο μαλάκιο, οι ερευνητές κατάφεραν να αναγνωρίσουν τις εποχές και να μετρήσουν τα χρόνια.

Έτσι, ενώ η διάρκεια του έτους δεν έχει αλλάξει κατά την εξέλιξη της Γης, ο αριθμός των ημερών του έτους συνεχώς μικραίνει, καθώς οι ημέρες μεγαλώνουν, κάτι που οφείλεται στην επιβράδυνση της περιστροφής του πλανήτη μας. Έτσι, η διάρκεια της ημέρας αυξάνεται και από 23,5 ώρες που ήταν προς το τέλος της εποχής των δεινοσαύρων, έγινε 24 ώρες.

Γιατί όμως η ιδιο-περιστροφή (σπιν) της Γης, έστω και αργά, επιβραδύνεται; Διότι, λέει, η Σελήνη απομακρύνεται με ρυθμό 3,82 εκατοστών ετησίως.
Και γιατί απομακρύνεται η Σελήνη; Γιατί η απομάκρυνση της Σελήνης επηρεάζει την ιδιο-περιστροφή της Γης;

Τα ερωτήματα αυτά μπορούν να εξηγηθούν με τις αρχές διατήρησης στροφορμής και ενέργειας του συστήματος Γης-Σελήνης.

Η στροφορμή Γης-Σελήνης ως προς το κέντρο μάζας του συστήματος (που για ευκολία θα θεωρήσουμε ότι ταυτίζεται με το κέντρο μάζας της Γης) θα είναι:

\vec{L}=\vec{L}_{\Gamma} + \vec{L}_{\Sigma} + M_{\Sigma}\, \vec{r} \times \vec{v}         (1)

όπου LΓ και LΣ οι ιδιο-στροφορμές Γης και Σελήνης, ενώ ο τελευταίος όρος εκφράζει την τροχιακή στροφορμή ΜΣ η μάζα της Σελήνης, υ η ταχύτητα της Σελήνης στην τροχιά γύρω από τη Γη, και r η απόσταση Γης-Σελήνης. Η παραπάνω εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την παραπάνω εξίσωση αν κάνουμε μερικές εύλογες υποθέσεις: Πρώτα να υποθέσουμε ότι η τροχιά της Σελήνης γύρω από τη Γη είναι κυκλική ακτίνας r. Δεύτερον να υποθέσουμε ότι ο άξονας γύρω από τον οποίο περιστρέφεται η Γη είναι κάθετος στο επίπεδο της τροχιάς της Σελήνης, οπότε η τροχιακή στροφορμή της Σελήνης θα είναι ομόρρροπη με την ιδιο-στροφορμή της Γης. Επιπλέον, στην παραπάνω εξίσωση μπορούμε να αγνοήσουμε την στροφορμή λόγω  ιδιοπεριστροφής της Σελήνης διότι είναι πολύ μικρή σε σχέση με τους άλλους όρους

Αν θεωρήσουμε τη Γη ομογενή σφαίρα, τότε η στροφορμή εξαιτίας της περιστροφής γύρω από τον άξονά της θα είναι: LΓ=ΙΓ ωΓ=2/5 ΜΓRΓ2π/ΤΓ=7·1033 J·s, για RΓ=6400km,  ΜΓ=6·1024kg και ΤΓ=24h.
Κάνοντας παρόμοιο υπολογισμό για την ιδιο-περιστροφή της Σελήνης παίρνουμε LΣ=ΙΣ ωΣ=2/5 ΜΣRΣ2π/ΤΣ=2,3·1029 J·s, για RΣ=1700km,  ΜΣ=7,3·1022kg και ΤΣ=27,3d. H τροχιακή στροφορμή της Σελήνης ισούται με Lτρ,ΣΣ ωΣ r2=2,9·1034 J·s. Παρατηρούμε ότι η στροφορμή της Σελήνης εξαιτίας της ιδιο-περιστροφής της είναι πέντε τάξεις μεγέθους μικρότερη σε σχέση με τους άλλους δυο όρους στην εξίσωση (1). Οι στροφορμές που υπολογίστηκαν παραπάνω βρίσκονται σε πολύ καλή συμφωνία μ’ αυτές που δίνει το πρόγραμμα Wolfram Alpha.

Αν αγνοήσουμε την ανομοιογένεια του βαρυτικού πεδίου του ήλιου σε όλη την έκταση του συστήματος Γης-Σελήνης και θεωρήσουμε ότι η εξωτερική βαρυτική δύναμη από τον ήλιο διέρχεται από το κέντρο μάζας του συστήματος, τότε η ροπή της είναι μηδέν. Έτσι, σύμφωνα με την αρχή διατήρησης της στροφορμής, η στροφορμή του συστήματος Γης-Σελήνης διατηρείται σταθερή και σύμφωνα με τις παραπάνω υποθέσεις θα ισχύει:
ΙΓ ωΓΣ ωΣ r2=σταθερό.

Όμως, για μεγάλες χρονικές περιόδους οι όροι της τελευταίας εξίσωσης μεταβάλλονται. Ένας από τους κυριότερους λόγους είναι η ύπαρξη της παλιρροϊκής τριβής. Η απώλεια ενέργειας από τις παλίρροιες έχει ως αποτέλεσμα την σταδιακή επιβράδυνση της περιστροφής της Γης. Καθώς η Γη περιστρέφεται, επιχειρεί να μεταφέρει μαζί της και τις παλιρροϊκές «παραμορφώσεις» της, ενώ η έλξη της Σελήνης τις ωθεί πίσω στην ευθυγράμμιση. Ασκείται ένα ζεύγος δυνάμεων που επιβραδύνει την περιστροφή της Γης. Επειδή όμως η στροφορμή του συστήματος διατηρείται σταθερή, περιμένουμε αντίστοιχη αύξηση της τροχιακής στροφορμής της Σελήνης, άρα αύξηση της απόστασης Γης-Σελήνης.

Ας δούμε τα πράγματα διαφορετικά … παρακολουθώντας την Σελήνη. Εξαιτίας των παλιρροϊκών εξογκωμάτων προκύπτει μια μικρή επιτρόχια δύναμη, η οποία την επιταχύνει, απομακρύνοντάς την από τη Γη, αυξάνοντας την τροχιακή στροφορμή της και την ενέργειά της. Έτσι, η Σελήνη αυξάνει την τροχιακή της στροφορμή σε βάρος της ιδιο-στροφορμής της Γης – μειώνεται η γωνιακή ταχύτητα της Γης, άρα αυξάνεται η περίοδος περιστροφής της, δηλαδή η διάρκεια της ημέρας.

Το αποτέλεσμα είναι η Σελήνη να απομακρύνεται με ρυθμό 3,82 cm/έτος, ενώ η διάρκεια της ημέρας να μεγαλώνει ελάχιστα – αυξήθηκε κατά 30 λεπτά στα τελευταία … 70 εκατομμύρια χρόνια.

πηγη : physicsgg

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s