精確的天文觀測跟原子鐘的結(jié)合發(fā)現(xiàn)一天的長度突然變長。對此，科學(xué)家們不知道為什么。這樣的變化不僅對我們的計(jì)時(shí)產(chǎn)生了關(guān)鍵影響，而且對諸如GPS和其他支配我們現(xiàn)代生活的精確技術(shù)也產(chǎn)生了影響。

資料圖

在過去的幾十年時(shí)間里，地球圍繞其軸心的旋轉(zhuǎn)一直在加速。由于這決定了一天有多長，這個(gè)趨勢一直在使我們的日子變短。事實(shí)上，在2022年6月，出現(xiàn)了在過去半個(gè)多世紀(jì)以來最短一天的紀(jì)錄。

然而盡管有這個(gè)紀(jì)錄，自2020年以來，這種穩(wěn)定的加速已經(jīng)奇怪地轉(zhuǎn)為放緩?，F(xiàn)在，日子又變長了，而到目前為止，原因仍是個(gè)謎。

雖然我們手機(jī)里的時(shí)鐘顯示一天正好有24個(gè)小時(shí)，但地球完成一次自轉(zhuǎn)所需的實(shí)際時(shí)間可能略有不同。這些變化有時(shí)會(huì)在幾百萬年的時(shí)間里發(fā)生，而其他時(shí)候幾乎是瞬間發(fā)生的。就像即使是地震和風(fēng)暴事件也會(huì)起到一定的作用。

事實(shí)證明，一天很少是精確的86,400秒的神奇數(shù)字。

不斷變化的星球

數(shù)百萬年來，由于跟月球驅(qū)動(dòng)的潮汐有關(guān)的摩擦效應(yīng)，地球的旋轉(zhuǎn)速度一直在減慢。這個(gè)過程每100年在每天的長度上增加了約2.3毫秒。幾十億年前，地球上的一天只有約19個(gè)小時(shí)。

在過去的兩萬年里，另一個(gè)過程一直在以相反的方向工作并加快了地球的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)最后一個(gè)冰河時(shí)代結(jié)束時(shí)，融化的極地冰蓋減少了表面壓力，地球的地幔開始穩(wěn)步向兩極移動(dòng)。

就像芭蕾舞者在將手臂向身體--他們旋轉(zhuǎn)的軸線--靠攏時(shí)旋轉(zhuǎn)得更快一樣，當(dāng)這團(tuán)地幔向地球軸線靠攏時(shí)，地球的旋轉(zhuǎn)速度就會(huì)增加。這個(gè)過程每一個(gè)世紀(jì)都在縮短，每天縮短約0.6毫秒。

在幾十年甚至更長的時(shí)間里，地球的內(nèi)部和表面之間的聯(lián)系也開始發(fā)揮作用。主要的地震可以改變一天的長度，盡管通常只是很小的變化。像2011年的日本東北大地震，震級為8.9級，據(jù)信使地球的旋轉(zhuǎn)速度加快了1.8微秒。

除了這些大規(guī)模的變化，在較短的時(shí)期內(nèi)，天氣和氣候也對地球的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了重要的影響，它們引發(fā)了兩個(gè)方向的變化。

每兩周和每月一次的潮汐周期使質(zhì)量在地球上移動(dòng)導(dǎo)致一天的長度在任何一個(gè)方向上都有一毫秒的變化。我們可以在長達(dá)18.6年的日長記錄中看到潮汐變化。我們的大氣層的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)特別強(qiáng)烈的影響，而洋流也發(fā)揮了作用。季節(jié)性的積雪和降雨或地下水的抽取則進(jìn)一步改變了事情。

為什么地球突然變慢了？

自20世紀(jì)60年代以來，當(dāng)?shù)厍蛑車纳潆娡h(yuǎn)鏡操作員開始設(shè)計(jì)技術(shù)來同時(shí)觀察類星體等宇宙天體時(shí)，我們?nèi)祟愐呀?jīng)對地球的旋轉(zhuǎn)速度有了非常精確的估計(jì)。

將這些測量結(jié)果跟原子鐘進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在過去的幾年時(shí)間里，一天的長度似乎在不斷縮短。

但一旦我們把我們知道的由于潮汐和季節(jié)性影響而發(fā)生的旋轉(zhuǎn)速度波動(dòng)去掉就會(huì)有一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。盡管地球在2022年6月29日達(dá)到了最短的一天，但自2020年以來，長期軌跡似乎已經(jīng)從縮短轉(zhuǎn)向延長了。這種變化在過去50年里是前所未有的。

這種變化的原因還不清楚。它可能是由于天氣系統(tǒng)的變化出現(xiàn)了背對背的拉尼娜事件，盡管這些以前也發(fā)生過。它可能是冰原融化的增加，盡管這些冰原在最近幾年并沒有大大偏離其穩(wěn)定的融化速度。它可能跟湯加的巨大火山爆炸有關(guān)進(jìn)而向大氣中注入大量的水？誕可能不是，因?yàn)槟前l(fā)生在2022年1月。

科學(xué)家們推測，最近地球旋轉(zhuǎn)速度的這種神秘變化跟一種叫做“錢德勒搖擺”的現(xiàn)象有關(guān)--地球自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)小偏差，周期約為430天。來自射電望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果也顯示，近年來，這種晃動(dòng)已經(jīng)減少了。也許這兩者是有聯(lián)系的。

最后一種可能性，我們認(rèn)為是合理的，那就是地球內(nèi)部或周圍沒有任何具體的變化。這可能只是長期的潮汐效應(yīng)跟其他周期性的過程平行作用，進(jìn)而產(chǎn)生了地球自轉(zhuǎn)率的暫時(shí)變化。

我們是否需要一個(gè)“負(fù)閏秒”？

精確地了解地球的自轉(zhuǎn)率對許多應(yīng)用來說是至關(guān)重要的--沒有它，GPS等導(dǎo)航系統(tǒng)就無法工作。此外，每隔幾年，計(jì)時(shí)員就會(huì)在我們的官方時(shí)間尺度中插入閏秒以確保它們不會(huì)跟我們的星球漂移失衡。

如果地球轉(zhuǎn)向更長的日子，那么我們可能需要加入一個(gè)“負(fù)閏秒”--這將是前所未有的并可能打破互聯(lián)網(wǎng)。

雖然目前對負(fù)閏秒的需求被認(rèn)為是不太可能的，但至少在一段時(shí)間內(nèi)，我們每天都有幾個(gè)額外的毫秒。