最近，地球竟“耍”起小孩子脾氣，和兒時的我們一樣，盼著“長大”。6月29日，地球自轉一周比24小時少了1.59毫秒，這是自從人類用原子鐘計時以來最短的一天。7月26日，這一天也很短，比24小時短了1.5毫秒。“怎麼一天這麼快就過去了？”地球自轉的加速讓這種感覺似乎不再是錯覺。

一直以來，有觀點認為，由於“潮汐摩擦效應”的存在，地球自轉的速率一直是在輕點“剎車”，變得越來越慢。中國科學院上海天文台研究員段鵬碩向科普時報記者證實了這一觀點：“雖然近幾年地球自轉有加速現象，但長期減慢才是大趨勢。”

“時快時慢”才是地球真“性格”

段鵬碩介紹，從更短的時間尺度來看，地球自轉速率的變化是非常複雜和不均勻的，表現出“時快時慢”以及準週期振蕩的特點。

“在年際尺度上，地球自轉速率會出現幾年加快、而後幾年又放慢的現象；在季節變化上，地球自轉也會在某些月份出現速度增加，而在某些月份出現速度減慢現象。”段鵬碩分析稱，這些不同時間尺度的日長變化實際體現了不同的地球系統物質運動過程。

例如，地球自轉速率在年際尺度上的變化，與地球內部的地核運動密切相關；而日長的季節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，從長期的日長變化形態來看，近兩年的地球自轉加快現象並不奇怪，屬於正常現象。”段鵬碩提醒，這並非意味著“地球變得更有活力”。

自轉原理類似芭蕾的形體轉

我們知道，地球本身作為一個獨立的系統，在不考慮外部因素的作用時，其自身的角動量（即轉動慣量與自轉角速度的乘積）是守恆的，其遵守角動量守恆定律。

段鵬碩解釋，地球自轉速度加快說明地球自身的轉動慣量減小，表現為地球整體物質的“收攏”；相反，地球自轉速度減緩則說明轉動慣量增大，表現為地球整體物質的“展開”。

“這個過程很類似於芭蕾舞演員在表演原地形體旋轉時，利用角動量守恆原理，通過收縮（伸展）雙臂或腿部的動作改變自身的轉動慣量，從而達到加快（減緩）自身旋轉速度的效果。”段鵬碩說。

然而，能夠引起地球自轉速度發生變化的物理因素，不局限於來自地球內部的地核（液核外核、固體內核）運動和磁場變化，還包括一些來自地球表面的現象，例如：大氣運動、海洋運動、陸地水、冰川運動以及氣候變化等。

國際上有觀點認為，地球自轉加快的現象可能與近來氣候變化導致的南北極冰川融化效應有關。“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，地球變得更圓。而圓形有助於地球旋轉得更快。”段鵬碩分析說。

相關研究表明，來自於地球表面的因素傾向於激發5年周期內較高頻的地球自轉速度變化，而地球內部的因素引起的地球自轉速度變化通常表現為5年周期以上更低頻的變化。

對此，段鵬碩認為，理論上，實際觀測到的地球自轉速度變化是多種因素引起的，是地球內外部物質運動共同作用的結果，即，來自於地球外部的因素（例如氣候變化、冰川融化等）引起的日長快速變化疊加在地球內部因素（例如地核運動）導致的日長趨勢變化上。最終導致在某一天（例如6月29日）地球自轉速度加快帶一個“峰值”，表現為一天長度最短。

自轉速度變化

與“錢德勒擺動”無必然聯繫

此前，有觀點認為，地球自轉速度的加快和一天時間的縮短可能與“錢德勒擺動”有關。“錢德勒擺動”是由於地球本身並非嚴格的球體（也非嚴格的剛體），在旋轉時地極相對於地球表面的小幅度擺動現象。該擺動的周期大致為433天，屬於地球自轉軸相對於地面晃動的一種固有頻率，是地球的一種自然屬性。

“地球自轉包含地球自轉速度和極移，其中地球自轉速度被稱為’日長’，也就是一天的長度，也並非嚴格24小時；極移是地極位置的移動，表現為地球自轉軸相對於地球表面的移動現象。”段鵬碩表示，地球自轉速度的加快和一天時間的縮短與“錢德勒擺動”之間沒有必然聯繫。因為，“錢德勒擺動”是地球的極移變化現象，屬於自轉軸的變化，而非地球自轉速率的變化。

不必調整手機時間

不少人好奇，地球越轉越快，我們的手機時間需要調整嗎？

為確定時間，世界上有兩種時間計量系統：基於地球自轉的“世界時”和基於原子振盪週期的“原子時”。

“世界時”即格林尼治平太陽時間，是指格林尼治所在地的標準時間，是以地球自轉為基礎的時間計量系統，也是表示地球自轉速率的一種形式。20世紀70年代以前，它作為基本時間計量系統被廣泛應用。“由於地球自轉速度非均勻，目前不再作為一個均勻的時間基準。”段鵬碩介紹。

1967年召開的第13屆國際度量大會決定啟用基於銫原子鐘導出的時間，作為時間計量標準。原子鐘是目前世界上已知最準確的時間測量和頻率標準。

“’原子時’的優點是穩定性好、誤差非常小，它連續運行30萬年，誤差在1秒之內，也就是說，每一天的時間快慢誤差不超過千萬分之一秒。”段鵬碩說。

此外，目前國際上常用的時間系統除了“世界時”和“原子時”外，還有“協調世界時” 。段鵬碩介紹說，“原子時”與“世界時”的時刻之差在0.9秒以內的時間尺度即為“協調世界時”，如果大於0.9秒，就要跳秒，即閏秒。

“這裡，’協調世界時’先用調頻再用閏秒實現與’世界時’的約束，這樣’協調世界時’既能夠保持原子時的均勻特性，也能兼顧’世界時’與地球自轉的性能。”段鵬碩說，我們的手機等移動設備使用的正是“協調世界時”，一日時長減少1.5毫秒，還遠沒達到0.9秒，所以手機時間不需要調整。

段鵬碩說，少了1.59毫秒也算不上多特殊，因為，在一定的時間段內，觀測的日長變化數據出現局部最小值點是必然的，以後比-1.59ms還小的時刻，很可能還會出現。

來源：科普時報

作者：史詩

編輯：吳桐

審核：王飛

終審：陳磊