Годы бывают разные. Мы привыкли считать за год 365 дней, но тот год, что соответствует смене сезонов (солнечный, или тропический) по состоянию на 2000-й длится чуть дольше — 365,2421897 суток. Для удобства еще при Юлии Цезаре раз в четыре года в феврале стали вставлять дополнительный день. Без этого сезоны поползли бы назад по календарю, смещаясь за 100 лет на 24–25 дней. В результате всего за четыре века декабрь из первого зимнего месяца стал бы последним летним.
Благодаря реформе Юлия Цезаря средняя продолжительность календарного года увеличилась до 365,25 суток, что гораздо ближе к тропическому году. Тем не менее разница 0,00781 суток, или 11,2 мин., постепенно накапливалась: каждые 128 лет юлианский календарь на сутки отставал от цикла смены сезонов.
Проще говоря: юлианский календарь точнее соответствует природным циклам, но год в среднем получается немного длиннее, чем нужно.
В 1582 году, когда сдвиг дорос до десяти дней, Папа Григорий XIII санкционировал календарную реформу. В результате три раза в 400 лет стали пропускать "лишние" високосные годы. По этому новому стилю средняя продолжительность календарного года за 400 лет составляет 365,2425 суток, что отличается от тропического года всего на 27 с, а суточное (86,4 тыс. с) отклонение накапливается только за 3223 года.
Новый стиль приняли не сразу и не везде. Например, Русская православная церковь до сих пор отмечает праздники по юлианскому календарю. Если ничего не изменится, то в XXII веке православное Рождество "переедет" на 8 января. Столь отдаленное изменение кажется сейчас не стоящим внимания. Тем поразительнее, что в XVI веке от календарной проблемы не отмахнулись, а взяли и разобрались с ней, да так, что весь мир по сей день пользуется этим решением. Умели же люди мыслить в масштабе столетий!
Проще говоря: в григорианском календаре чуть меньше (на 3%) високосных годов, чем в юлианском, поэтому он еще точнее соответствует природным циклам, но все же не идеально.
Задания потомкам
Возьмем пример с тех реформаторов и посмотрим, когда нам потребуются новые изменения. Первая точка — 4800-й год, примерно через 3200 лет после григорианской реформы. По новому стилю этот год должен быть високосным, как все годы, которые делятся на 400. Но раз в 3200 лет от этого правила надо отступать, чтобы компенсировать набежавшее отклонение. "Новейший" стиль будет вводить високосные годы так:
- если номер года делится на четыре, то он високосный;
- но если при этом он оканчивается двумя нулями, то нет;
- но если при этом он делится на 400, то високосный;
- но если при этом он делится на 3200, то нет.
Здесь первое правило соответствует юлианскому календарю, следующие два — григорианской реформе, а четвертое делает среднюю (за 3200 лет) продолжительность календарного года равной 365,2421875 суток. Это всего на 0,19 с отличается от тропического года, и теперь суточная поправка понадобится только через полмиллиона лет.
Проще говоря: чтобы сделать календарь точнее, раз в 3200 лет нужно убрать еще один "лишний" високосный год.
Однако гораздо раньше мы столкнемся с влиянием эффектов, о которых во времена Папы Григория даже не догадывались.
Вплоть до XX века в службах времени использовали в качестве эталона период вращения Земли вокруг своей оси. Но уже в XIX веке было известно, что он непостоянен. Как волчок рано или поздно останавливается, так и Земля притормаживает, хотя и не испытывает трение в опоре (опоры у нее нет) и сопротивление воздуха.
Наконец, планета отдает энергию самой Луне. Земля вращается быстрее, чем Луна движется по орбите. Из-за этого приливная волна немного опережает наш спутник и притягивает его не только вниз, но и вперед, то есть разгоняет. А при разгоне спутник переходит на более высокую орбиту — Луна удаляется от нас примерно на 3,3 см в год, а вращение Земли, соответственно, замедляется.
В итоге за счет лунных и в меньшей степени солнечных приливов период вращения Земли увеличивается в среднем на 1,7 мс за столетие (оценки варьируются от 1,4 до 2,3 мс в зависимости от числа столетий, по которым производится усреднение). Эта величина кажется ничтожной, но лишь до тех пор, пока мы не учтем, что она добавляется к каждому обороту Земли. Если сравнить вращение Земли в наше время и 100 лет назад, то сейчас Земля отстает примерно на 0,6 с в год.
На это вековое замедление вращения Земли накладываются сопоставимые по величине, а порой и более значительные периодические и нерегулярные колебания. Их причины — сезонная атмосферная циркуляция и перераспределение водных масс, землетрясения и вулканические извержения, таяние ледников и последующие поднятия земной коры, вариации солнечной активности и процессы в глубоких недрах Земли.
Чтобы согласовать астрономическое время, определяемое по вращению Земли, с самыми точными часами, что есть в нашем распоряжении, — атомными, Международная служба вращения Земли иногда вставляет в счет времени "високосную" секунду (секунду координации). Решение об этом принимается "в ручном режиме" по актуальным данным. Секунду координации добавляют либо 31 декабря перед самой новогодней полуночью, и тогда правильные часы должны показать 23:59:60, либо в такое же время 30 июня. Последний раз это делалось в декабре 2016 года.
Проще говоря: Земля вращается вокруг своей оси с переменной скоростью, поэтому иногда ко времени приходится добавлять секунду; в среднем это делается чуть чаще, чем раз в два года.
Через миллионы лет...
И все же на больших отрезках времени длительность суток уверенно растет. Где-то через 35 тыс. лет они удлинятся примерно на полсекунды, из которых за 400 лет будут складываться целые сутки — потребность в високосных 400-х годах пропадет. С нашего "новейшего" календаря нужно будет перейти на упрощенный григорианский, то есть високосными будут все годы, чей номер делится на четыре и при этом не оканчивается двумя нулями. Причем это может случиться даже раньше, поскольку наряду с удлинением суток в нашу эпоху (на интервале ±10 тыс. лет) сокращается и длительность тропического года — примерно на полсекунды в столетие. Если этот тренд сохранится, то на упрощенный календарь придется переходить всего через 15–20 тыс. лет.
Проще говоря: сутки становятся все длиннее, а тропический ("природный") год, наоборот, короче, поэтому через десятки тысяч лет каждый четвертый год будет високосным, кроме одного в самом конце столетия.
Проще говоря: сутки будут делаться еще длиннее, а тропический ("природный") год — короче, поэтому через сотни тысяч лет високосный год понадобится раз в пять, а не четыре года; через несколько миллионов лет високосные годы вообще будут не нужны.
К сожалению, на отрезках времени в десятки миллионов лет и больше нельзя прогнозировать изменения продолжительности года, поскольку невозможно точно рассчитать движение всех планет Солнечной системы и их взаимные гравитационные возмущения (другие факторы, например уменьшение массы Солнца, играют незначительную роль). В отсутствие точных моделей принято считать, что на больших интервалах времени год не испытывает значительных изменений, иначе это было бы заметно в горных породах — летописи прежних времен.
На вопрос о том, в каком темпе замедлялось вращение Земли в далеком прошлом, пока тоже нет точного ответа, исследования продолжаются. Во многом это зависит от эволюции системы Земля — Луна. Ведь в прошлом Луна была ближе, а значит, сильнее были приливы и их тормозящее воздействие.
По одной из недавних оценок, за последние 1,5 млрд лет в году стало примерно на 100 суток меньше, а значит, если бы динозавры пользовались календарем, им пришлось бы раз десять вводить и отменять високосные годы. Нам это тоже предстоит, если мы собираемся прожить на Земле сопоставимое время.
Александр Сергеев