Zapisy zaćmień Słońca sprzed 1500 lat pozwoliły naukowcom udoskonalić pomiary zmian w rotacji Ziemi.

Żmudna analiza dokumentów historycznych z Cesarstwa Bizantyjskiego pozwoliła naukowcom określić czas i miejsce pięciu zaćmień Słońca. Wyniki, choć zgodne z wcześniejszymi odkryciami, nakładają nowe, ściślejsze ograniczenia na zmienną prędkość rotacji Ziemi, dając nam lepsze zrozumienie tego, jak nasza planeta zmienia się w czasie.

Długość dnia wydaje się być dość wiarygodną, ​​niezmienną metryką. 24 godziny na dobę: 86 400 sekund. Tyle naszych zegarów liczy dzień po dniu. To jest rytm, w którym żyjemy. Ale to mała iluzja. Szybkość rotacji naszej planety zwalnia i przyspiesza pod wpływem wielu czynników, zarówno pod stopami, jak i nad głową.

Rozważ długoterminowy trend, w którym nasze dni powoli się wydłużają. Na podstawie szczątków kopalnych naukowcy doszli do wniosku, że 1,4 miliarda lat temu długość dnia wynosiła zaledwie 18 godzin, a 70 milionów lat temu była o pół godziny krótsza niż dzisiaj. Wygląda na to, że otrzymujemy 1,8 milisekundy na wiek. A potem są dziwne sześcioletnie fluktuacje: naukowcy odkryli, że dzień ziemski podlega fluktuacjom czasu o plus-minus 0,2 sekundy co mniej więcej sześć lat.

Wygląda na to, że chybotanie Ziemi może generować anomalie, takie jak niezwykle krótki dzień widziany w zeszłym roku. Od aktywności jądra, oporu atmosferycznego po rozszerzającą się orbitę Księżyca, na rzeczywistą długość ziemskich dni może wpływać wiele czynników.

Rozbieżność między ogólnie przyjętą długością dnia, na którą wszyscy ustawiamy zegary (czas uniwersalny, lub UT), a ustandaryzowaną metryką dokładnie mierzoną przez zegary atomowe (czas ziemski lub TT), najdokładniejsze dostępne instrumenty do pomiaru czasu, jest pomiarem znany jako ΔT (delta-T).

ΔT staje się naprawdę ważne, jeśli chodzi o zaćmienia Słońca. Dzieje się tak dlatego, że pozycje Słońca i Księżyca są obliczane i przewidywane za pomocą TT, ale cień Księżyca padnie na planetę działającą w UT. Dlatego musisz znać różnicę między tymi dwoma czasami, aby przewidzieć, gdzie zaćmienie będzie widoczne na Ziemi. Ale działa to też w drugą stronę! Jeśli znasz dokładny czas i lokalizację zaćmienia Słońca, możesz obliczyć ΔT. Naukowcom udało się określić ΔT na podstawie danych historycznych z Chin, Europy i Bliskiego Wschodu.

Teraz trzech naukowców, Hisashi Hayakawa z Uniwersytetu Nagoya, Koji Murata z Uniwersytetu Tsukuba i Mitsuru Soma z Japońskiego Narodowego Obserwatorium Astronomicznego, przestudiowało dokumenty historyczne z Cesarstwa Bizantyjskiego, aby zrobić to samo.

Jest to konieczne, aby wypełnić znaczną lukę: od IV do VII wieku ne istnieje skromna lista zapisów dotyczących zaćmień Słońca. To ciężka praca. Często zapisy nie zawierają szczegółów, które są ważne dla aktualnych badań. Ale naukowcy byli w stanie zidentyfikować pięć zaćmień Słońca na podstawie zapisów, które wcześniej nie były analizowane. Chociaż oryginalne relacje naocznych świadków z tego okresu są w większości zagubione, cytaty, tłumaczenia itp. zapisane przez późniejsze pokolenia dostarczają cennych informacji.

Oprócz wiarygodnych informacji o pozycji i czasie potrzebowano potwierdzenia całości zaćmienia: ciemności w ciągu dnia do punktu, w którym gwiazdy pojawiły się na niebie. Naukowcy byli w stanie określić prawdopodobny czas i lokalizację pięciu całkowitych zaćmień Słońca od 4 do 7 wieki we wschodnim regionie Morza Śródziemnego - w 346, 418, 484, 601 i 693 naszej ery. Wartości ΔT, które zespół był w stanie wywnioskować z tych wyników, były w dużej mierze zgodne z wcześniejszymi szacunkami. Były też jednak niespodzianki. Na podstawie raportu z zaćmienia, które miało miejsce 19 lipca 418 r., naukowcy określili miejsce obserwacji całości zaćmienia jako Konstantynopol.

Autor, historyk Filostorgius, opisuje zaćmienie w ten sposób: „Kiedy Teodozjusz [cesarz Teodozjusz II] osiągnął wiek dojrzewania, dziewiętnastego lipca, około godziny ósmej, Słońce zostało tak całkowicie zaćmione, że pojawiły się gwiazdy”. Filostorgius mieszkał w Konstantynopolu od około 394 roku aż do śmierci w 439 roku. Dlatego najprawdopodobniej stamtąd obserwował zaćmienie Słońca. Poprzedni model ΔT na ten czas umieściłby Konstantynopol poza ścieżką całkowitego zaćmienia - więc nagranie pozwoliło zespołowi na dostosowanie ΔT na ten czas. Inne wpisy również pokazują drobne korekty.

Nowe dane ΔT wypełniają znaczną lukę i pokazują, że margines ΔT dla V wieku powinien zostać skorygowany w górę, a dla VI i VII wieku w dół. Chociaż zmiany te mogą wydawać się niewielkie, mają one poważne konsekwencje. Nakładają one ściślejsze ograniczenia na zmienność obrotu Ziemi w skali stulecia i mogą posłużyć jako podstawa do przyszłych badań innych zjawisk geofizycznych, takich jak modelowanie wnętrza planety i długoterminowe zmiany poziomu morza.