Erdrotation verändert sich – anders als gedacht

Planetare Überraschung: Unsere Erde rotiert immer langsamer, doch dieser Bremseffekt ist schwächer als bisher gedacht. Demnach verlängern sich unsere Tage pro Jahrhundert nur um 1,78 statt um 2,3 Millisekunden, wie eine Studie enthüllt. Diese Erkenntnis ist nicht nur wichtig für Astronomie und Weltzeit, sie spricht auch dafür, dass es Prozesse geben muss, die dem Bremseffekt des Mondes entgegenwirken, erklären die Forscher im Fachmagazin „Proceedings of the Royal Society A“.

Unser 24-Stunden-Tag leitet sich aus der Erdrotation ab – eine Umdrehung entspricht einem Tag. Doch diese Rotation bleibt nicht immer gleich: Sie wird allmählich langsamer, zudem eiert die Erde dabei ein wenig. Ursache dafür sind vor allem die Gezeitenkräfte zwischen Erde und Mond. Dadurch benötigt die Erde im Laufe eines Jahrhunderts 2,3 Millisekunden länger für eine Umdrehung – so dachte man jedenfalls bisher.

Sonnenfinsternisse und lunare Okkultationen

Doch jetzt haben Catherine Hohenkerk vom Königlich britischen Nautical Almanac Office in Taunton und ihre Kollegen neue Werte für die Veränderung der Erdrotation im Laufe der Zeit ermittelt. Für ihre Studie gingen sie zurück in die Geschichte: Sie werteten zum einen Aufzeichnungen zu 300 Sonnenfinsternissen aus der Zeit von 720 vor Christus bis 1600 aus. Weil die Erdrotation bestimmt, wo und wie schnell der Pfad der Finsternis über die Erdoberfläche zieht, erlaubt dies Rückschlüsse auf die damalige Rotation.

Zum anderen analysierten die Forscher rund eine halbe Million Beobachtungsdaten zur Bedeckung von Sternen durch den Mond, sogenannte lunare Okkultationen. Auch bei diesen seit der Erfindung der Teleskope erhobenen Daten spielt die Erddrehung eine wichtige Rolle, wie die Wissenschaftler erklären.

Die Anziehungskraft des Mondes ist für einen Großteil des Bremseffekts verantwortlich – hier der Aufgang der Erde über der Mondoberfläche. © NASA/LRO

0,5 Millisekunden weniger

Das überraschende Ergebnis: Die Rotation der Erde hat sich offenbar weniger stark verlangsamt als gedacht. Die Tageslänge verlängert sich im Durchschnitt um nur 1,78 Millisekunden pro Jahrhundert, wie die Forscher auf Basis ihrer historischen Daten ausrechneten. Das weicht vom bisher kalkulierten Referenzwert deutlich ab: „Der auf Basis der Gezeitenkräfte kalkulierte Wert liegt bei 2,3 Millisekunden pro Jahrhundert“, konstatieren Hohenkerk und ihre Kollegen.

Die Forscher schließen daraus, dass die Bremswirkung des Mondes nicht allein für die Verlangsamung der Erdrotation in den letzten 2.700 Jahren verantwortlich sein kann. Stattdessen muss es einen zusätzlichen, leicht beschleunigenden Prozess geben, der diese Verlangsamung teilweise aufhebt.

Erdkern und Eisschmelze verantwortlich?

Die Forscher vermuten, dass zum einen geodynamische Prozesse an der Grenze von Erdkern und Mantel dafür verantwortlich sein könnten. Zum anderen könnte indirekt ein Klimaeffekt eine Rolle spielen: Weil die Eiskappen der Pole seit der letzten Eiszeit schrumpfen, hat sich die Last des Eises auf die Erdkruste verringert. Sie federt dadurch zurück – wenn auch in Zeitlupe. Diese polare Hebung der Kruste verändert die Form der Erde und damit auch ihre Rotation, wie die Wissenschaftler erklären.

Zusätzlich entdeckten Hohenkerk und ihre Kollegen in den historischen Daten auch Hinweise auf eine periodische, sich alle 1.500 Jahre wiederholende Schwankung der Tageslängen. Diese müsse jedoch noch genauer überprüft werden, betonen die Forscher. (Proceedings of the Royal Society A: Mathematical and Physical Sciences, 2016; doi: 10.1098/rspa.20160404)

(Royal Society, 07.12.2016 – NPO)