最近，地球竟“耍”起小孩子脾氣，和兒時(shí)的我們一樣，盼著“長(zhǎng)大”。
6月29日，地球自轉(zhuǎn)一周比24小時(shí)少了1.59毫秒，這是自從人類(lèi)用原子鐘計(jì)時(shí)以來(lái)最短的一天。7月26日，這一天也很短，比24小時(shí)短了1.5毫秒。“怎么一天這么快就過(guò)去了?”地球自轉(zhuǎn)的加速讓這種感覺(jué)似乎不再是錯(cuò)覺(jué)。
一直以來(lái)，有觀點(diǎn)認(rèn)為，由于“潮汐摩擦效應(yīng)”的存在，地球自轉(zhuǎn)的速率一直是在輕點(diǎn)“剎車(chē)”，變得越來(lái)越慢。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員段鵬碩向科普時(shí)報(bào)記者證實(shí)了這一觀點(diǎn)：“雖然近幾年地球自轉(zhuǎn)有加速現(xiàn)象，但長(zhǎng)期減慢才是大趨勢(shì)。”
“時(shí)快時(shí)慢”才是地球真“性格”
段鵬碩介紹，從更短的時(shí)間尺度來(lái)看，地球自轉(zhuǎn)速率的變化是非常復(fù)雜和不均勻的，表現(xiàn)出“時(shí)快時(shí)慢”以及準(zhǔn)周期振蕩的特點(diǎn)。
“在年際尺度上，地球自轉(zhuǎn)速率會(huì)出現(xiàn)幾年加快、而后幾年又放慢的現(xiàn)象;在季節(jié)變化上，地球自轉(zhuǎn)也會(huì)在某些月份出現(xiàn)速度增加，而在某些月份出現(xiàn)速度減慢現(xiàn)象。”段鵬碩分析稱，這些不同時(shí)間尺度的日長(zhǎng)變化實(shí)際體現(xiàn)了不同的地球系統(tǒng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。
例如，地球自轉(zhuǎn)速率在年際尺度上的變化，與地球內(nèi)部的地核運(yùn)動(dòng)密切相關(guān);而日長(zhǎng)的季節(jié)變化則更多受到大氣、海洋等地球表層因素的影響。
“也就是說(shuō)，從長(zhǎng)期的日長(zhǎng)變化形態(tài)來(lái)看，近兩年的地球自轉(zhuǎn)加快現(xiàn)象并不奇怪，屬于正?，F(xiàn)象。”段鵬碩提醒，這并非意味著“地球變得更有活力”。
自轉(zhuǎn)原理類(lèi)似芭蕾的形體轉(zhuǎn)
我們知道，地球本身作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，在不考慮外部因素的作用時(shí)，其自身的角動(dòng)量(即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與自轉(zhuǎn)角速度的乘積)是守恒的，其遵守角動(dòng)量守恒定律。
段鵬碩解釋?zhuān)厍蜃赞D(zhuǎn)速度加快說(shuō)明地球自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，表現(xiàn)為地球整體物質(zhì)的“收攏”;相反，地球自轉(zhuǎn)速度減緩則說(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，表現(xiàn)為地球整體物質(zhì)的“展開(kāi)”。
“這個(gè)過(guò)程很類(lèi)似于芭蕾舞演員在表演原地形體旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用角動(dòng)量守恒原理，通過(guò)收縮(伸展)雙臂或腿部的動(dòng)作改變自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而達(dá)到加快(減緩)自身旋轉(zhuǎn)速度的效果。”段鵬碩說(shuō)。
然而，能夠引起地球自轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化的物理因素，不局限于來(lái)自地球內(nèi)部的地核(液核外核、固體內(nèi)核)運(yùn)動(dòng)和磁場(chǎng)變化，還包括一些來(lái)自地球表面的現(xiàn)象，例如：大氣運(yùn)動(dòng)、海洋運(yùn)動(dòng)、陸地水、冰川運(yùn)動(dòng)以及氣候變化等。
國(guó)際上有觀點(diǎn)認(rèn)為，地球自轉(zhuǎn)加快的現(xiàn)象可能與近來(lái)氣候變化導(dǎo)致的南北極冰川融化效應(yīng)有關(guān)。“這種情況下，地球兩極承受的壓力變小，從而使地殼向上移動(dòng)，地球變得更圓。而圓形有助于地球旋轉(zhuǎn)得更快。”段鵬碩分析說(shuō)。
相關(guān)研究表明，來(lái)自于地球表面的因素傾向于激發(fā)5年周期內(nèi)較高頻的地球自轉(zhuǎn)速度變化，而地球內(nèi)部的因素引起的地球自轉(zhuǎn)速度變化通常表現(xiàn)為5年周期以上更低頻的變化。
對(duì)此，段鵬碩認(rèn)為，理論上，實(shí)際觀測(cè)到的地球自轉(zhuǎn)速度變化是多種因素引起的，是地球內(nèi)外部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果，即，來(lái)自于地球外部的因素(例如氣候變化、冰川融化等)引起的日長(zhǎng)快速變化疊加在地球內(nèi)部因素(例如地核運(yùn)動(dòng))導(dǎo)致的日長(zhǎng)趨勢(shì)變化上。最終導(dǎo)致在某一天(例如6月29日)地球自轉(zhuǎn)速度加快帶一個(gè)“峰值”，表現(xiàn)為一天長(zhǎng)度最短。
自轉(zhuǎn)速度變化
與“錢(qián)德勒擺動(dòng)”無(wú)必然聯(lián)系
此前，有觀點(diǎn)認(rèn)為，地球自轉(zhuǎn)速度的加快和一天時(shí)間的縮短可能與“錢(qián)德勒擺動(dòng)”有關(guān)。“錢(qián)德勒擺動(dòng)”是由于地球本身并非嚴(yán)格的球體(也非嚴(yán)格的剛體)，在旋轉(zhuǎn)時(shí)地極相對(duì)于地球表面的小幅度擺動(dòng)現(xiàn)象。該擺動(dòng)的周期大致為433天，屬于地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地面晃動(dòng)的一種固有頻率，是地球的一種自然屬性。
“地球自轉(zhuǎn)包含地球自轉(zhuǎn)速度和極移，其中地球自轉(zhuǎn)速度被稱為‘日長(zhǎng)’，也就是一天的長(zhǎng)度，也并非嚴(yán)格24小時(shí);極移是地極位置的移動(dòng)，表現(xiàn)為地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球表面的移動(dòng)現(xiàn)象。”段鵬碩表示，地球自轉(zhuǎn)速度的加快和一天時(shí)間的縮短與“錢(qián)德勒擺動(dòng)”之間沒(méi)有必然聯(lián)系。因?yàn)椋?ldquo;錢(qián)德勒擺動(dòng)”是地球的極移變化現(xiàn)象，屬于自轉(zhuǎn)軸的變化，而非地球自轉(zhuǎn)速率的變化。
不必調(diào)整手機(jī)時(shí)間
不少人好奇，地球越轉(zhuǎn)越快，我們的手機(jī)時(shí)間需要調(diào)整嗎?
為確定時(shí)間，世界上有兩種時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)：基于地球自轉(zhuǎn)的“世界時(shí)”和基于原子振蕩周期的“原子時(shí)”。
“世界時(shí)”即格林尼治平太陽(yáng)時(shí)間，是指格林尼治所在地的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)，也是表示地球自轉(zhuǎn)速率的一種形式。20世紀(jì)70年代以前，它作為基本時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。“由于地球自轉(zhuǎn)速度非均勻，目前不再作為一個(gè)均勻的時(shí)間基準(zhǔn)。”段鵬碩介紹。
1967年召開(kāi)的第13屆國(guó)際度量大會(huì)決定啟用基于銫原子鐘導(dǎo)出的時(shí)間，作為時(shí)間計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。原子鐘是目前世界上已知最準(zhǔn)確的時(shí)間測(cè)量和頻率標(biāo)準(zhǔn)。
“‘原子時(shí)’的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、誤差非常小，它連續(xù)運(yùn)行30萬(wàn)年，誤差在1秒之內(nèi)，也就是說(shuō)，每一天的時(shí)間快慢誤差不超過(guò)千萬(wàn)分之一秒。”段鵬碩說(shuō)。
此外，目前國(guó)際上常用的時(shí)間系統(tǒng)除了“世界時(shí)”和“原子時(shí)”外，還有“協(xié)調(diào)世界時(shí)” 。段鵬碩介紹說(shuō)，“原子時(shí)”與“世界時(shí)”的時(shí)刻之差在0.9秒以內(nèi)的時(shí)間尺度即為“協(xié)調(diào)世界時(shí)”，如果大于0.9秒，就要跳秒，即閏秒。
“這里，‘協(xié)調(diào)世界時(shí)’先用調(diào)頻再用閏秒實(shí)現(xiàn)與‘世界時(shí)’的約束，這樣‘協(xié)調(diào)世界時(shí)’既能夠保持原子時(shí)的均勻特性，也能兼顧‘世界時(shí)’與地球自轉(zhuǎn)的性能。”段鵬碩說(shuō)，我們的手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備使用的正是“協(xié)調(diào)世界時(shí)”，一日時(shí)長(zhǎng)減少1.5毫秒，還遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到0.9秒，所以手機(jī)時(shí)間不需要調(diào)整。
段鵬碩說(shuō)，少了1.59毫秒也算不上多特殊，因?yàn)?，在一定的時(shí)間段內(nèi)，觀測(cè)的日長(zhǎng)變化數(shù)據(jù)出現(xiàn)局部最小值點(diǎn)是必然的，以后比-1.59ms還小的時(shí)刻，很可能還會(huì)出現(xiàn)。
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