地球自转速度的变化引发科学家关注

地球的自转速度在历史长河中发生了显著变化。 现在,地球在绕太阳公转的时间内自转超过365次,这就是我们一年中的天数。 研究表明,地球的自转速度在历史上曾经变化,导致过去地球绕太阳一周所需的天数从490天到372天不等。

影响自转速度的因素有很多,例如海平面变化和地球内部的变动,但最大因素是月球正在远离地球。 月球与地球的相互作用导致地球的自转速度以每个世纪1.8毫秒的速度逐渐减慢。

近几年来,我们通过原子钟精确记录了地球的日长。 通常情况下,可能会不时增加一个闰秒,以补偿地球自转速度的减慢,这对保持全球定位系统(GPS)的运作至关重要。 然而,自2020年以来,情况发生了变化:地球的自转速度又开始加快。

2020年,记录了自1960年以来的28个最短的白天。 随后的每一年,短日的记录都被打破,截止到2024年,目前的记录是比标准的86400秒缩短了1.66毫秒。

据timeanddate.com报道,在2023年7月和8月,我们预计将再次出现一些更短的白天。 例如,7月9日预计将比正常白天短1.30毫秒,7月22日预测短1.38毫秒,而8月5日则预计短1.5毫秒。

月球被认为是导致地球自转长期减缓的原因,同时也是加速的因素。 当月球离赤道越近时,对地球的拖曳效应越大。 这些短日被预测为一年中最短的天数,可以归因于月球距离地球赤道的最大距离。

天文学家能够预测这些短日,但这一趋势令人意外。 自1972年以来,已增加了27个闰秒以应对地球自转速度的减慢。 但自2016年以来,未再增加一个闰秒,国际地球自转与参考系统服务组织(IERS)确认今年6月将不再增加闰秒。

科学家们对地球自转速度加快的趋势感到困惑。 “这种不需要闰秒的情况并不在我们的预期之内,”国家标准与技术研究所的物理学家Judah Levine在2021年告诉《探索》杂志。 “我们原以为地球会继续减速,闰秒会持续增加。因此,这一现象非常令人惊讶。”

莫斯科国立大学的地球自转专家Leonid Zotov对timeanddate.com表示:“没人预料到这一点。 导致这一加速的原因尚未得到解释。” “大多数科学家认为是地球内部的原因。 海洋和大气模型无法解释这种巨大加速。”

除了月球和地球质量变化外,地震也能够影响地球的自转速度。 例如,在2011年3月,日本东海岸发生了一次9.0级的强震,改变了地球的轴心,缩短了地球的日长。

这次地震是日本记录中最强的一次,导致地球轴心移动了约17厘米(6.5英寸),并可能使主要岛屿移动了约2.4米(8英尺)。 与其他同类大型地震一样,它也改变了地球的自转速度。

美国国家航空航天局喷气推进实验室的Richard Gross博士在2011年对《流行机械》杂志解说:“地震可以通过重新安排地球的质量来改变地球的自转速度。 这就像滑冰者通过将胳膊靠近身体来加快旋转。 地震也是这样工作的。”

“这次地震可能使质量平均移动得更靠近地球的自转轴,从而使地球旋转得更快,白天的长度因此变得稍短。”

通过分析地震前后地球质量的分布模型,并使用对断层滑动的估计,Gross能够计算出质量分布的变化。 “然后,通过角动量守恒定律,如果我知道地球的质量是如何重新排列的,那么我也知道地球的自转必须如何变化,”他说。

总而言之,这次震动使地球自转速度加快了约1.8微秒(1.8百万分之一秒)。 相比之下,2004年的印度尼西亚地震则使地球的日长加快了约2.68微秒。

国际地球自转与参考系统服务组织将持续监测地球自转,并能够确认7月和8月的这些天数到底有多短,以及是否会有新的记录产生。

图片源于:iflscience