地球突然加速自轉,一天已不到24小時,科學家:人類要負責

每天,太陽都會完成一次東升西落。雖然太陽看起來在天上緩慢運動,每小時大概走15°,但這其實是地球本身在繞著地軸自轉造成的,太陽相對于地球而言保持不動。鬥轉星移,天上星辰的轉動也是同樣的道理。

每天持續的時間是24小時,即86400秒,這是根據地球的自轉週期來定義的。然而,科學家發現地球從2020年開始突然加速自轉,導致一天的時間已經不到24個小時。至于背後的原因,其實與人類有關。那麼,重達60萬億億噸的地球,它的自轉速率是如何被渺小的人類加快的呢?

我們平時所說的一天24小時指的是太陽日,也就是太陽接連兩次出現在中天(太陽高度角最大時)的時間間隔。另一方面,地球繞自轉軸轉動360°的時間其實只有23小時56分4.1秒,這個時間被稱為恒星日,可以看作遙遠恒星連續兩次到達中天的時間間隔。

之所以兩個時間有大約4分鐘的差異,是因為地球在自轉的同時,還在軌道上繞著太陽公轉。當地球繞軸了轉了360°之後,地球也在近乎圓形的軌道上前進了一定距離,所以地球還要再自轉59‘,才能讓太陽再次出現在中天。

為了便于人們生活,太陽日被人為定義為24小時。但問題是地球的自轉速率不是勻速的,而是會受到各種因素的影響,比如小行星撞擊、季風、月球的潮汐力。可以說,地球每天自轉一圈的時間都是不一樣的,總體而言自轉速率變得越來越慢。

地球突然加速自轉

然而,地球突然從2020年開始加速自轉,當年的7月19日成為過去數十年來人類已知時間最短的一天,比平時少了大約1.46毫秒,這意味著一天的時間不到24小時。

當然,地球自轉週期縮短的時間很少,我們不可能通過普通的鐘錶來測定出來。直到在上個世紀中葉,物理學家基于穩定的原子共振頻率,發明了原子鐘,精確計量時間成為了可能。

目前,科學家已經製造出了極為精確的銫原子鐘,每1.8億年的誤差僅為1秒。而不久前剛剛獲得2022年基礎物理學突破獎的光晶格鐘,它的精度有了大幅提升,每150億年才會有1秒的誤差,要知道宇宙誕生至今也才過了138億年。

基于原子鐘的精確測量結果,地球確實越轉越快,一天的時間變短了。過去半個多世紀以來,地球最短的28天都出現在2020年,這使得當年成為有記錄以來最短的一年。

雖然地球一天的時間只是縮短了毫秒級別,我們根本無法直觀感受到,但這確實會影響到人類。因為很多高精尖設備和儀器,比如通信衛星、電腦網路,都要基于精確的時間戳記。

為了消除地球自轉週期和原子鐘時間之間的差異,當兩者相差0.9秒時,就會人為地給全世界的時鐘同時撥快或者撥慢1秒,這就是閏秒調整。過去,由于地球自轉速率每年都是在變慢,一天的時間都在變長,所以要進行加閏秒調整。

自1972年進行第一次進行閏秒調整以來,目前已經調整了27次,每次都是加1秒。最近的一次加閏秒是在2016年12月31日,當年的最後一秒是23時59分60秒。平時是不可能出現60秒的,都是從59秒直接調到下一分鐘的00秒。

但現在,地球的自轉速度突然加快,反而讓一天乃至一年的時間變短了。科學家預計,地球在2021年還會轉得更快,一天的時間變得更短,很有可能會成為有記錄以來最短的一年。

據估計,2021年平均每天的時間將會縮短0.2毫秒,一年將會累計縮短73毫秒。相比之下,過去地球自轉速度變慢時,每天能夠延長超過1毫秒,一年累計延長可達數百毫秒,例如,在1994年,平均每天延長2.19毫秒,當年累計延長了800毫秒。如果地球自轉速度繼續變得更快,未來還要考慮負閏秒調整。

地球突然加速自轉的原因是什麼?

這背後的原因其實很複雜,但有一點跟人類活動有關,人類對此要負責。由于人類大肆排放二氧化碳,加劇了溫室效應,引發全球變暖,近年來幾乎每年都在不斷刷新最高的大氣二氧化碳濃度和溫度紀錄。

隨著全球氣溫不斷升高,地球兩極的冰川融化越來越嚴重,每年估計有多達1.2萬億噸的冰消失掉。這些冰融化成水之後,最終將會流入海洋中,導致全球海平面每年上升3.6毫米。

由于冰川融化成水,讓地球上的質量進行重新分佈,質量更接近地球中心,從而導致地球加速自轉。以滑冰運動員為例,當他在原地旋轉時,如果把張開的手臂收起來,他的自轉速度就會加快。反之,如果他把抱緊的手臂張開,自轉速度就會變慢,這就是角動量守恆定律。

早在2007年,馬克斯·普朗克氣象研究所的科學家就已經預言了這種現象。全球氣溫升高的趨勢還沒有得到逆轉,冰川的加速融化會讓地球自身「抱得越來越緊」,從而讓地球越轉越快。

地球未來會轉得多快?

儘管如此,人類活動對于地球自轉速度的影響只是暫時的。從長期角度來看,地球自轉變慢的總體趨勢不會變化,真正起到主宰作用的是月球引力對地球產生了潮汐作用。

地球在45億年前剛形成時,一天的時間大約只有5小時,而月球距離地球還不到2.5萬公里。在月球引力的作用下,地球朝向和背離月球的兩側產生了潮汐隆起。當地球自轉時,與潮汐隆起部分就會有摩擦作用,從而導致地球自轉速度逐漸降低。由于角動量守恆,地球的自轉角動量減少,月球的公轉角動量就會增加,所以月球的距離會變遠。

到了35億年前,地球的一天已經延長到了12小時。6.2億年前,地球上剛出現動物時,地球的一天變成了21小時。到了1億年前的恐龍時代,一天延長到了23小時。如今,一天已經變成了24小時。

未來,地球自轉速率還會進一步放慢,一直慢到一天相當于現在的47天。到了那時,月球的自轉和公轉週期也都延長到這個時間,地球和月球就像冥王星和卡戎那樣,彼此之間互相潮汐鎖定,它們永遠都以相同一面對著彼此。只不過,那一天的到來還要再過很久很久的時間,估計是在百億年之後。

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