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當(dāng)原子鐘與精確的天文測(cè)量相結(jié)合，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一天的時(shí)長(zhǎng)突然變長(zhǎng)了，而科學(xué)家仍不清楚這其中的原因。

這不僅對(duì)我們的計(jì)時(shí)產(chǎn)生了重大影響，而且對(duì)諸如 GPS 和其他支持著我們現(xiàn)代生活的技術(shù)也有重大影響。

在過(guò)去幾十年的時(shí)間里，決定著一天有多長(zhǎng)的地球繞自轉(zhuǎn)一直在加速。這種趨勢(shì)讓我們的一天天變得越來(lái)越短，事實(shí)上，我們的地球在 2022 年 6 月創(chuàng)下了過(guò)去半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)最短的一天記錄。

盡管創(chuàng)下了這一最短記錄，但自 2020 年以來(lái)，這種穩(wěn)定的自轉(zhuǎn)加速又奇怪地轉(zhuǎn)變?yōu)榱藴p速，一天的時(shí)長(zhǎng)又變長(zhǎng)了，其中的原因至今仍是個(gè)謎。

雖然我們手機(jī)里的時(shí)鐘顯示一天正好 24 個(gè)小時(shí)，但地球完成單次自轉(zhuǎn)所需的實(shí)際時(shí)間卻略有不同。這些變化可能發(fā)生在數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間跨度里，也可能在一瞬間發(fā)生，甚至地震和風(fēng)暴事件也會(huì)對(duì)此有所影響。

不論怎么說(shuō)，一天的時(shí)長(zhǎng)很少恰好是 86 400 秒這個(gè)神奇的數(shù)字。

不斷變化的星球

數(shù)百萬(wàn)年來(lái)，月球驅(qū)動(dòng)的潮汐相關(guān)摩擦效應(yīng)讓地球的自轉(zhuǎn)速度一直在減慢。這個(gè)過(guò)程讓一天的長(zhǎng)度每隔一個(gè)世紀(jì)就會(huì)增加大約 2.3 毫秒。幾十億年前，一個(gè)地球日只有大約 19 個(gè)小時(shí)。

在過(guò)去的兩萬(wàn)年中，另一個(gè)過(guò)程則一直在施加相反的影響，也就是加速地球的自轉(zhuǎn)。當(dāng)最后一個(gè)冰河時(shí)代結(jié)束時(shí)，融化的極地冰蓋降低了地表壓力，地幔開(kāi)始穩(wěn)定地向兩極移動(dòng)。

就像芭蕾舞演員將手臂合到身體也就是他們的旋轉(zhuǎn)軸上時(shí)，會(huì)旋轉(zhuǎn)得更快一樣，當(dāng)?shù)蒯Ｖ饾u靠近地球的自轉(zhuǎn)軸時(shí)，地球的旋轉(zhuǎn)速度也會(huì)增加。這個(gè)過(guò)程讓一天的長(zhǎng)度以每世紀(jì)約 0.6 毫秒的速度在縮短。

在幾十年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間跨度上，地球內(nèi)部和地表之間的聯(lián)系也開(kāi)始發(fā)揮作用。大型地震可以改變一天的長(zhǎng)度，盡管通常來(lái)說(shuō)這種改變微乎其微，例如，科學(xué)家認(rèn)為，日本 2011 年發(fā)生的 8.9 級(jí)大地震使地球的自轉(zhuǎn)速度加速了相對(duì)來(lái)說(shuō)非常微小的 1.8 微秒。

除了這些較大時(shí)間跨度上的變化，在較短的時(shí)間里，天氣和氣候也會(huì)對(duì)地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生重要影響，在兩個(gè)方向上都會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的變化。

每?jī)芍芎兔吭乱淮蔚某毕h(huán)會(huì)移動(dòng)地球各處的質(zhì)量，導(dǎo)致地球上一天的長(zhǎng)度在任一方向上的變化最多可以達(dá)到 1 毫秒，我們可以監(jiān)測(cè)到長(zhǎng)達(dá) 18.6 年間的一天時(shí)長(zhǎng)記錄與潮汐變化的關(guān)系。我們大氣的運(yùn)動(dòng)具有特別強(qiáng)烈的影響，洋流也發(fā)揮了作用，季節(jié)性積雪和降雨，或地下水開(kāi)采，都進(jìn)一步對(duì)一天的時(shí)長(zhǎng)產(chǎn)生了影響。

為什么地球突然減速？

自 1960 年代以來(lái)，當(dāng)?shù)厍蛏细鞯氐?a class="external" href="http://m.hddsmy.com/tag/shedianwangyuanjing" title="查看與 射電望遠(yuǎn)鏡 相關(guān)的文章" target="_blank">射電望遠(yuǎn)鏡操作員開(kāi)始設(shè)計(jì)技術(shù)，以同時(shí)觀察類星體等宇宙天體時(shí)，我們對(duì)地球的自轉(zhuǎn)速度有了非常精確的估計(jì)。

將這些估計(jì)與原子鐘進(jìn)行比較后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在過(guò)去幾年中一天的長(zhǎng)度似乎在不斷縮短。

但是，一旦消除了我們所知道的潮汐和季節(jié)性影響下發(fā)生的地球自轉(zhuǎn)速度波動(dòng)，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(lái)，長(zhǎng)期軌跡似乎已經(jīng)從縮短轉(zhuǎn)向了延長(zhǎng)，這種轉(zhuǎn)變?cè)谶^(guò)去 50 年中是前所未有的。

這種變化的原因尚不清楚。可能是由于天氣系統(tǒng)的變化，以及連續(xù)兩年的背靠背拉尼娜事件（譯者注：氣象學(xué)家預(yù)測(cè)今年將迎來(lái)連續(xù)第三次拉尼娜事件），盡管這些現(xiàn)象在過(guò)去已經(jīng)發(fā)生過(guò)了。還可能會(huì)源自冰蓋進(jìn)一步的融化，盡管近年來(lái)冰蓋的融化速度并沒(méi)有明顯偏離其穩(wěn)定的融化速度。會(huì)不會(huì)與湯加巨大火山爆發(fā)，向大氣中注入了大量水有關(guān)？可能不會(huì)，因?yàn)槟前l(fā)生在 2022 年 1 月。

科學(xué)家推測(cè)，最近地球自轉(zhuǎn)速度的神秘變化與一種名為 " 錢(qián)德勒擺動(dòng) "（"Chandler wobble）的現(xiàn)象有關(guān)，錢(qián)德勒擺動(dòng)指地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球表面的小幅度運(yùn)動(dòng)，周期約為 430 天。射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果也表明，近年來(lái)這種擺動(dòng)有所減少，因此兩者之間可能存在關(guān)聯(lián)。

我們認(rèn)為合理的最后一種可能性是，地球內(nèi)部或地表各處沒(méi)有任何具體的變化，可能只是長(zhǎng)期的潮汐效應(yīng)與其他周期性過(guò)程同時(shí)讓地球的自轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生了暫時(shí)性的變化。

我們需要"負(fù)閏秒"嗎？

準(zhǔn)確了解地球的自轉(zhuǎn)速率對(duì)于許多應(yīng)用至關(guān)重要，沒(méi)有它，GPS 等導(dǎo)航系統(tǒng)將無(wú)法工作。此外，每隔幾年，計(jì)時(shí)員會(huì)在我們的官方時(shí)間表中插入閏秒（leap second），以確保官方時(shí)間不會(huì)與我們的星球脫軌。

如果地球的一天變得更短了，我們可能就得加入 " 負(fù)閏秒 "（negative leap second），這將是前所未有的，還可能讓互聯(lián)網(wǎng)癱瘓。

目前認(rèn)為，我們不太可能需要負(fù)閏秒。至少在最近的一段時(shí)間內(nèi)，我們每天還擁有著那么額外的幾毫秒。