Vì sao độ dài ngày trên Trái Đất thay đổi vài mili giây?

Một ngày được gọi tròn là 24 giờ, nhưng Trái Đất không quay đều tuyệt đối. Qua từng giai đoạn kéo dài nhiều thập kỷ, thời gian hành tinh hoàn thành một vòng quay có thể ngắn hoặc dài hơn vài mili giây. Theo nghiên cứu của Huifeng Zhang và Mathieu Dumberry đăng trên Nature ngày 23/9/2026, một lời giải khả dĩ nằm trong sự giằng co sâu bên trong hành tinh: lõi trong tạo mô-men lực hấp dẫn lên lớp phủ, còn ma sát và lực cản điện từ tại ranh giới lõi-lớp phủ chống lại tác động ấy. Sự thay đổi rất nhỏ trong thế cân bằng này đủ để làm nhịp quay của phần Trái Đất rắn mà chúng ta đang sống trên đó dao động. [1]

“Độ dài ngày” thực sự là gì?

Trong câu chuyện này, độ dài ngày là thời gian Trái Đất hoàn thành một vòng quay, không phải số giờ có ánh sáng ban ngày tại một địa điểm. Con số 24 giờ là chuẩn quen thuộc để tổ chức đồng hồ và đời sống, còn chuyển động quay thật có những sai lệch rất nhỏ. Các biến đổi được đề cập chỉ ở mức mili giây, tức một phần nghìn giây, nên con người không thể cảm nhận trực tiếp trong sinh hoạt. Tuy vậy, các phép đo vật lý có thể nhận ra chúng và theo dõi cách chúng thay đổi trong nhiều thập kỷ. [1]

Điểm đáng chú ý không nằm ở một ngày riêng lẻ dài hơn hay ngắn hơn bao nhiêu, mà ở xu hướng kéo dài qua thời gian. Khoảng ba thập kỷ trước, các nhà khoa học đã biết lõi lỏng không phải lúc nào cũng quay cùng một tốc độ. Những thay đổi của từ trường cho thấy phần lõi này có thể tăng tốc dần trong vài thập kỷ rồi giảm tốc trong những thập kỷ tiếp theo. Cùng lúc đó, lớp phủ phản ứng theo chiều ngược lại, để lại dấu vết trong độ dài ngày đo được ở bề mặt. [1]

Vì sao lõi và lớp phủ quay ngược nhịp?

Trái Đất không phải một khối cầu cứng quay như một vật duy nhất. Bên dưới bề mặt là lớp phủ đá dày khoảng 3.000 km; sâu hơn nữa có lõi lỏng và lõi trong rắn ở trung tâm. Các phần này có thể thay đổi tốc độ quay tương đối với nhau. Khi lõi lỏng tăng tốc, lớp phủ chậm lại đôi chút; khi lõi lỏng giảm tốc, lớp phủ lại nhanh lên. Đây không phải hai chuyển động tách biệt, mà là biểu hiện của quá trình trao đổi động lượng góc giữa những phần khác nhau của cùng một hành tinh. [1]

Có thể hình dung một ví dụ đơn giản: hai bộ phận của một hệ đang quay truyền chuyển động cho nhau nhưng tổng lượng quay của cả hệ được giữ nguyên. Nếu một bộ phận nhận thêm động lượng góc, bộ phận còn lại phải mất đi một lượng tương ứng. Với Trái Đất, thay đổi của lõi có thể rất khó quan sát trực tiếp, trong khi một biến đổi cực nhỏ ở lớp phủ lại tác động đến thời gian bề mặt hoàn thành vòng quay. Vì vậy, vài mili giây chênh lệch của một ngày có thể được xem như dấu hiệu gián tiếp của chuyển động ở rất sâu. [1]

Lõi trong tác động lên lớp phủ bằng cách nào?

Câu hỏi khó lâu nay là động lượng được truyền giữa lõi và lớp phủ qua cơ chế nào. Zhang và Dumberry đề xuất rằng lõi trong giữ vai trò quan trọng thông qua “mô-men lực hấp dẫn”, tức tác dụng làm thay đổi chuyển động quay. Lõi trong không phải một khối cầu hoàn hảo, còn vật chất trong lớp phủ cũng không phân bố hoàn toàn đồng đều. Vì thế, khi tốc độ quay của lõi trong thay đổi nhẹ, lực hấp dẫn giữa các phần không đều này có thể tạo ra một tác động xoắn rất nhỏ lên lớp phủ. [1]

Điều này không có nghĩa lõi trong kéo cả lớp phủ đi theo như một bánh răng cơ học. Tương tác được mô tả là hấp dẫn, diễn ra giữa hình dạng không hoàn toàn đối xứng của lõi trong và sự phân bố khối lượng không đều trong lớp phủ. Tác động riêng lẻ rất nhỏ, nhưng nó hoạt động trên quy mô toàn hành tinh và trong thời gian dài. Theo mô hình của nghiên cứu, mô-men lực ấy có thể làm tốc độ quay của lớp phủ thay đổi vừa đủ để tạo ra các dao động nhiều thập kỷ đã quan sát được trong độ dài ngày. [1]

Điều gì ngăn độ dài ngày biến đổi mạnh hơn?

Mô-men lực hấp dẫn không hoạt động một mình. Tại ranh giới giữa lõi và lớp phủ còn có một mô-men lực khác, được nghiên cứu gọi là mô-men lực biên lõi-lớp phủ. Nó gắn với ma sát và lực cản điện từ, đồng thời chống lại tác động hấp dẫn do lõi trong tạo ra. Hai cơ chế không nhất thiết triệt tiêu hoàn toàn nhau. Chính mức chênh lệch nhỏ giữa chúng quyết định lớp phủ sẽ tăng tốc hay giảm tốc bao nhiêu, qua đó giới hạn mức biến đổi của độ dài ngày. [1]

Có thể hình dung đây là một cuộc giằng co về chuyển động quay. Một phía truyền mô-men lực thông qua hấp dẫn; phía kia tạo lực cản tại ranh giới lõi-lớp phủ. Khi tương quan giữa hai phía dịch chuyển, tốc độ của lớp phủ cũng dịch chuyển theo. Cách giải thích này giúp nối hai dấu hiệu từng khó đặt cạnh nhau: nhịp quay thay đổi của lõi và dao động chỉ vài mili giây của ngày ở bề mặt. Nghiên cứu trình bày đây là lời giải khả dĩ dựa trên sự cân bằng lực, không phải một chuyển động đơn giản chỉ do một tác nhân duy nhất gây ra. [1]

Một lõi rắn có thể năng động đến mức nào?

Kết quả còn gợi ra rằng “rắn” không đồng nghĩa với bất biến. Zhang và Dumberry cho rằng lõi trong có thể biến dạng theo kiểu nhớt trong thang thời gian khoảng 10 năm. Ở đây, biến dạng nhớt có thể hiểu là vật chất rắn vẫn thay đổi hình dạng và đáp ứng với lực nếu xét trong một khoảng thời gian đủ dài. Khả năng ấy giúp giải thích vì sao hình dạng và chuyển động của lõi trong có thể tham gia vào sự thay đổi mô-men lực hấp dẫn, thay vì chỉ đóng vai trò một khối rắn cố định ở tâm hành tinh. [1]

Bởi vậy, chênh lệch vài mili giây không chỉ là một sai số nhỏ quanh con số 24 giờ. Nó còn là một cửa sổ quan sát gián tiếp vào nơi con người không thể tiếp cận trực tiếp: vùng sâu hàng nghìn kilômét dưới chân. Nghiên cứu liên kết ba chuyển động với nhau gồm sự thay đổi tốc độ của lõi trong, phản ứng ngược chiều của lớp phủ và độ dài ngày đo tại bề mặt. Điều còn đáng chú ý nhất là một hành tinh trông ổn định từ bên ngoài vẫn có thể liên tục phân phối lại chuyển động giữa các lớp ở bên trong. [1]