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，科學家們不知道為什么。這樣的變化不僅對我們的計時產(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，這個趨勢一直在使我們的日子變短。事實上，在2022年6月，出現(xiàn)了在過去半個多世紀以來最短一天的紀錄。

然而盡管有這個紀錄，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，原因仍是個謎。

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

事實證明，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個小時。

在過去的兩萬年里，另一個過程一直在以相反的方向工作并加快了地球的旋轉(zhuǎn)。當最后一個冰河時代結(jié)束時，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。

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

在幾十年甚至更長的時間里，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)量在地球上移動導(dǎo)致一天的長度在任何一個方向上都有一毫秒的變化。我們可以在長達18.6年的日長記錄中看到潮汐變化。我們的大氣層的運動有一個特別強烈的影響，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一步改變了事情。

為什么地球突然變慢了？

自20世紀60年代以來，當?shù)厍蛑車纳潆娡h鏡操作員開始設(shè)計技術(shù)來同時觀察類星體等宇宙天體時，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。

將這些測量結(jié)果跟原子鐘進行比較發(fā)現(xiàn)，在過去的幾年時間里，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)速度波動去掉就會有一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。盡管地球在2022年6月29日達到了最短的一天，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)進而向大氣中注入大量的水？誕可能不是，因為那發(fā)生在2022年1月。

科學家們推測，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)軸的一個小偏差，周期約為430天。來自射電望遠鏡的觀測結(jié)果也顯示，近年來，這種晃動已經(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，進而產(chǎn)生了地球自轉(zhuǎn)率的暫時變化。

我們是否需要一個“負閏秒”？

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，計時員就會在我們的官方時間尺度中插入閏秒以確保它們不會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“負閏秒”--這將是前所未有的并可能打破互聯(lián)網(wǎng)。

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