多倫多大學（University of Toronto）的天體物理學家揭開了一個謎團：為什麼地球的白晝會在月球潮汐的影響下逐漸延長，而地球白晝的延長卻停頓了十多億年。他們的研究表明，從大約20 億年前到6 億年前，太陽驅動的大氣潮汐抵消了月球的影響，維持了地球的自轉速率，並將一天的持續時間穩定在19.5 小時。

一組天體物理學家的研究表明，從大約20 億年前到6 億年前，由太陽驅動的大氣潮汐抵消了月球的影響，使地球的自轉速度保持穩定，晝長保持在恆定的19.5 小時。資料來源：凱文-M-吉爾

如果沒有這十億年地球自轉速度減慢的停頓，我們現在一天24 小時的時間將延長到60 多個小時。

描述這一結果的研究最近發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。科學家們利用地質證據和大氣研究工具表明，太陽和月球之間的潮汐僵局是大氣溫度與地球自轉速度之間偶然但卻具有巨大影響的聯繫造成的。

這篇論文的作者包括加拿大多倫多大學加拿大理論天體物理研究所（CITA）的理論天體物理學家諾曼-默里（Norman Murray）、加拿大理論天體物理研究所和加拿大多倫多大學物理系的研究生吳漢波（ Hanbo Wu）、大衛-A. 鄧拉普天文學與天體物理學系和多倫多大學士嘉堡分校物理與環境科學系的克里斯汀-梅努；波爾多天體物理實驗室的傑里米-拉孔特和前CITA 博士後研究員；以及多倫多大學物理系的克里斯托弗-李。

地球大氣的功率譜。x 軸為波長，例如，5 表示自西向東傳播的波長為地球周長的五分之一，-5 表示自東向西傳播的波長為地球周長的五分之一。y 軸是頻率，單位是每天一個週期，例如2 表示每天兩個週期，即12 小時。棕色水平細線表示每天一個、兩個、三個等周期（24 小時、12 小時、8 小時周期，以此類推）。資料來源：Sakazaki & Hamilton

當月球在大約45 億年前剛剛形成時，一天的時間還不到10 個小時。但從那時起，月球對地球的引力減緩了地球的自轉，導致一天的時間越來越長。如今，它仍在以每個世紀約1.7 毫秒的速度延長。

月球通過拉動地球上的海洋來減緩地球的自轉，在地球的兩側形成潮汐隆起，這就是我們所體驗到的漲潮和退潮。月球對這些隆起的引力，加上潮汐和海底之間的摩擦，就像我們旋轉的星球上的一個制動器。

穆雷說：”太陽光也會產生具有相同類型隆起的大氣潮汐。太陽引力拉動這些大氣隆起，對地球產生扭矩。但它並沒有像月球那樣減緩地球的自轉，而是加速了地球的自轉。 “

在地球地質歷史的大部分時間裡，月球潮汐的作用超過了太陽潮汐，大約是太陽潮汐的十倍；因此，地球的自轉速度減慢，白晝延長。但在大約20 億年前，大氣隆起較大，這是因為當時的大氣溫度較高，而且大氣的自然共振–波在大氣中移動的頻率–與白晝的長度相匹配。

大氣層就像鐘一樣，其共振頻率由包括溫度在內的各種因素決定。換句話說，海浪–比如1883 年印度尼西亞喀拉喀托火山大爆發產生的海浪–穿過大氣層的速度由其溫度決定。同樣的原理也解釋了為什麼鐘在溫度恆定的情況下總是能發出相同的聲音。

默里和他的合作者在研究中依賴於地質證據，比如這些來自潮汐河口的樣本，它們揭示了春潮和低潮的周期。資料來源：GE 威廉姆斯

在地球歷史的大部分時間裡，大氣共振一直與地球的自轉速度不同步。今天，兩次大氣”大潮”環繞地球一周需要22.8 小時；由於共振和地球24 小時的自轉週期不同步，大氣潮汐相對較小。

但在所研究的十億年期間，大氣溫度較高，共振週期約為10 小時。此外，在那個紀元到來時，地球的自轉速度因月球而減慢，達到了20 小時。

當大氣共振和日長成為偶數–10 小時和20 小時–大氣潮汐得到加強，隆起變大，太陽的潮汐拉力變得足夠強大，足以抵消月球潮汐。

默里說：”這就像推著孩子盪鞦韆。如果你的推力和鞦韆的周期不同步，鞦韆就不會盪得很高。但是，如果它們是同步的，當鞦韆在其行程的一端停止時，你正好在推動它，那麼推動力就會增加鞦韆的動力，它就會盪得更遠更高。這就是大氣共振和潮汐的作用”。

除了地質證據之外，默里和他的同事們還利用全球大氣環流模型（GCMs）來預測這一時期的大氣溫度，從而得出了他們的研究結果。全球大氣環流模型與氣候學家用來研究全球變暖的模型相同。穆雷認為，這些模型在研究小組的研究中如此有效，是一個很大的收穫。

穆雷說：”我曾與那些對氣候變化持懷疑態度的人交談過，他們不相信那些告訴我們正處於氣候危機中的全球環流模型。我告訴他們我們在研究中使用了這些全球環流模型，它們是正確的。”

儘管距離地質歷史較遠，但這一結果為氣候危機增添了新的視角。由於大氣共振會隨著溫度的變化而變化，默里指出，我們目前正在變暖的大氣可能會對這種潮汐失衡產生影響。

“隨著全球變暖，地球溫度升高，共振頻率也隨之升高–大氣層離共振越來越遠。因此，來自太陽的力矩就會減少，因此，白天的長度就會變長，比其他情況下更快。”