För alla som någonsin har önskat att det fanns fler timmar på dagen, geovetare har goda nyheter:Dagarna på jorden blir längre.

En ny studie som rekonstruerar den djupa historien om vår planets förhållande till månen visar att för 1,4 miljarder år sedan, en dag på jorden varade drygt 18 timmar. Detta beror åtminstone delvis på att månen var närmare och förändrade hur jorden snurrade runt sin axel.

"När månen rör sig bort, jorden är som en snurrande konståkare som saktar ner när de sträcker ut armarna, "förklarar Stephen Meyers, professor i geovetenskap vid University of Wisconsin-Madison och medförfattare till studien som publicerades den här veckan [4 juni, 2018] i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Den beskriver ett verktyg, en statistisk metod, som kopplar astronomisk teori till geologisk observation (kallad astrokronologi) för att se tillbaka på jordens geologiska förflutna, rekonstruera solsystemets historia och förstå gamla klimatförändringar som fångas i bergsrekorden.

"En av våra ambitioner var att använda astrokronologi för att berätta tid i det mest avlägsna förflutna, att utveckla mycket gamla geologiska tidsskalor, "Meyers säger." Vi vill kunna studera bergarter som är miljarder år gamla på ett sätt som är jämförbart med hur vi studerar moderna geologiska processer. "

Jordens rörelse i rymden påverkas av de andra astronomiska kropparna som utövar kraft på den, som andra planeter och månen. Detta hjälper till att bestämma variationer i jordens rotation runt och vingla på dess axel, och i banan spårar jorden runt solen.

Dessa variationer är gemensamt kända som Milankovitch -cykler och de avgör var solljus sprids på jorden, vilket också betyder att de bestämmer jordens klimatrytmer. Forskare som Meyers har observerat denna klimatrytm i rockrekordet, som sträcker sig över hundratals miljoner år.

Men gå tillbaka längre, på miljarder år, har visat sig vara utmanande eftersom typiska geologiska medel, som radioisotop dejting, ge inte den precision som behövs för att identifiera cyklerna. Det kompliceras också av bristande kunskap om månens historia, och av det som kallas kaos i solsystemet, en teori från den parisiska astronomen Jacques Laskar 1989.

Solsystemet har många rörliga delar, inklusive de andra planeterna som kretsar runt solen. Små, initiala variationer i dessa rörliga delar kan föröka sig till stora förändringar miljontals år senare; detta är kaos i solsystemet, och att försöka redogöra för det kan vara som att försöka spåra fjärilseffekten i omvänd ordning.

Förra året, Meyers och kollegor knäckte koden för det kaotiska solsystemet i en studie av sediment från en 90 miljoner år gammal bergformation som fångade jordens klimatcykler. Fortfarande, ju längre tillbaka i rockskivan han och andra har försökt gå, desto mindre tillförlitliga är deras slutsatser.

Till exempel, månen rör sig för närvarande bort från jorden med en hastighet av 3,82 centimeter per år. Med hjälp av dagens kurs, forskare som extrapolerar tillbaka genom tiden beräknade att "för omkring 1,5 miljarder år sedan, månen skulle ha varit tillräckligt nära för att dess gravitationella interaktioner med jorden skulle ha skurit isär månen, "Förklarar Meyers. Ändå, vi vet att månen är 4,5 miljarder år gammal.

Så, Meyers sökte ett sätt att bättre redogöra för vad våra planetariska grannar gjorde för miljarder år sedan för att förstå effekten de hade på jorden och dess Milankovitch -cykler. Detta var problemet han tog med sig till ett föredrag som han höll vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory under sabbatsperioden 2016.

I publiken den dagen var Alberto Malinverno, Lamont Research Professor vid Columbia. "Jag satt där när jag sa till mig själv:'Jag tror att jag vet hur jag ska göra! Låt oss träffas! Säger Malinverno, den andra studieförfattaren. "Det var spännande eftersom, på ett sätt, du drömmer om detta hela tiden; Jag var en lösning som letade efter ett problem. "

De två samarbetade för att kombinera en statistisk metod som Meyers utvecklade 2015 för att hantera osäkerhet över tiden - kallad TimeOpt - med astronomisk teori, geologiska data och ett sofistikerat statistiskt tillvägagångssätt som kallas Bayesian inversion som gör att forskarna kan få bättre koll på osäkerheten i ett studiesystem.

De testade sedan tillvägagångssättet, som de kallar TimeOptMCMC, på två stratigrafiska bergskikt:den 1,4 miljarder år gamla Xiamaling-formationen från norra Kina och ett 55 miljoner år gammalt rekord från Walvis Ridge, i södra Atlanten.

Med tillvägagångssättet, de kunde på ett tillförlitligt sätt bedöma utifrån bergskikt i de geologiska rekordvariationerna i riktningen för jordens rotationsaxel och formen på dess bana både under senare tid och under djup tid, samtidigt som man tar itu med osäkerheten. De kunde också bestämma längden på dagen och avståndet mellan jorden och månen.

"I framtiden, vi vill utöka arbetet till olika intervall av geologisk tid, säger Malinverno.

Studien kompletterar två andra nya studier som förlitar sig på bergskivan och Milankovitch -cykler för att bättre förstå jordens historia och beteende.

Ett forskargrupp vid Lamont-Doherty använde en bergformation i Arizona för att bekräfta den anmärkningsvärda regelbundenheten hos jordens orbitalfluktuationer från nästan cirkulär till mer elliptisk på en 405, 000 års cykel. Och ett annat lag i Nya Zeeland, i samarbete med Meyers, tittat på hur förändringar i jordens bana och rotation på dess axel har påverkat utvecklingscykler och utrotning av marina organismer som kallas graptoloider, går 450 miljoner år tillbaka.

"Det geologiska rekordet är ett astronomiskt observatorium för det tidiga solsystemet, "säger Meyers." Vi tittar på dess pulserande rytm, bevarad i berget och livets historia. "