文/羊城晚報全媒體記者 陳亮 通訊員 陳曉東
圖/受訪者提供
「怎麼感覺一天這麼快就過去了？」這或許不是「錯覺」，如今正在現實中上演——近期地球自轉加速導致一天日長變短。近日，據最新公開的數據顯示，2022年6月29日，地球自轉速度創下自1969年以來最快紀錄，也是有地球自轉速度精確紀錄以來的最快紀錄，比標準24小時（86400秒）少1.59毫秒。
為了揭開地球加速自轉的「神秘面紗」，羊城晚報記者專訪了中山大學測繪科學與技術學院鍾敏教授、馮偉教授。受訪專家表示，「每天其實不是準確的24小時，短期來看，地球有時會自轉加速一點，日長變短；但是從幾百上千年甚至更長時間來看，地球在自轉變慢，日長是在變長的。」
地球自轉就像花滑運動員的冰上旋轉
羊城晚報：除了6月29日地球自轉速度創下最快紀錄外，近年來地球還有哪些「快跑」表現？
受訪專家：就在今年7月26日，地球再次出現一天不到24小時的情況，其自轉速度比標準24小時少了1.5毫秒。近些年地球自轉頻頻加速，上一次最短紀錄是在2020年的7月19日，地球自轉打破了自1969年以來最快的日紀錄，比標準24小時少了1.47毫秒，當年總共記錄到有28天不到24小時。
羊城晚報：每天的時間長度為何不是固定不變的？地球是怎麼加快旋轉速度的？
受訪專家：地球的轉動主要包括了繞太陽的公轉和地球自身的自轉。地球繞著太陽的公轉運動形成了四季，而地球本身的自轉形成了每天的日出日落。地球的自轉和公轉速度大致上都是很穩定的，所以我們一年、一天的時間長度也是基本不變的。可是，當人們用現代天文測量和大地測量的手段對地球運動的觀測精度越來越高，我們發現這些轉動的速度都會有所變化，因此一年、一天的時間長度都不是恆定的。
在物理學上，地球的自轉需要符合角動量守恆定律。這就像花樣滑冰運動員那樣，他們在冰上旋轉的時候，雖然角動量是守恆的，但通過收回和張開手臂，就可以實現加快或者減緩旋轉速度。地球也是如此，地球的「手臂」伸張彎曲就是指地球表面的質量從一個地方跑到另一個地方，這時地球的自轉速度就會改變，來保證地球的角動量是守恆的。
地球自轉每年夏季加快、冬季減慢
羊城晚報：地球自轉速度是一直在加快嗎？
受訪專家：並非如此，地球自轉速度存在著長期減慢的趨勢、周期性變化、特殊的不規則變化。
從長期來看，因為潮汐摩擦特別是月亮對地球的影響，地球的自轉速度是越來越慢的。換句話說，就是一天的時間會越來越長，日子越來越「難熬」。地質學上，我們是通過早期的珊瑚化石來發現地球自轉越來越慢的。從遠古時代珊瑚化石保留的生長線計算，4億年前，一年約有400天，而不是現在的365天。也就是說，當時地球繞太陽一周時，地球自轉了400多圈，自轉的速度要大於現在的速度。
除了長期變慢，地球的自轉也具有明顯的季節變化，主要受到地球上東西方向（緯線方向）風場季節變化的影響，如中緯度帶高空常常劇烈影響飛機飛行速度的西風激流風場變化。該風場風速通常夏季減小、冬季增強，導致地球自轉每年會發生夏季加快、冬季減慢的過程（地球角動量守恆定律）。自轉周年變化的振幅大概為20～25毫秒，這主要與季風有關。一年四季中地球自轉速度有快有慢，並不均勻。
地球自轉速度不規則變化，即時快時慢的不規則變化。這種變化也有三種情況：①數十年或更長時間的變化，其相對變化每年不到±5×10-10；②幾年到10年的變化，每年相對變化不到±8×10-9；③幾周到幾月的變化，其相對變化每年不到±5×10-8。
自轉快慢導致的1秒變化至關重要
羊城晚報：既然地球自轉速度長期變慢，為什麼近期地球自轉頻發加速現象呢？
受訪專家：我們團隊經過研究60多年日長變化的觀測資料（見圖），分析得到近期地球自轉頻發加速現象主要是以下兩大因素共同導致的：一、從觀測的日長變化曲線圖可以看出，近期地球自轉加速的原因是受到地球核幔電磁耦合力矩變化的影響（地球核幔發電機原理），近年日長變化處於大約18年大周期變化的低值期，即日長變短，自轉加速。屬於地球自轉速度不規則變化中的第一種情況；二、近期地球自轉頻發加速都發生在夏季6、7月份，主要受到地球緯向風場季節變化的影響，導致地球自轉每年會發生夏季加快，屬於地球自轉速度的季節變化。
據報導，有一些國際研究同行認為，近期地球自轉的加速可能與地球自轉的錢德勒擺動（錢德勒擺動指的是地球自轉軸相對於地球表面南北極點的小幅度自由擺動，由於地球不是一個標準的球體，旋轉自轉軸繞地球表面南北極點的微小周期擺動）、全球變暖、北極冰川融化、潮汐運動等原因有關，目前尚無定論。另外，2017-2020年錢德勒擺動為何在「沉寂」一百年之後再次出現？值得科學家們今後深入探究。
羊城晚報：地球加速自轉最直接的影響是什麼？對我們日常生活是否有影響？
受訪專家：研究地球自轉常用「日長變化」這個術語來表示地球自轉的快慢，它指地球繞自轉軸轉一圈所需的時間與日長平均值86400秒（即24小時）之間的差值。當地球自轉變慢或變快時，「地球自轉日長時間」增加或減小。為了與標準的原子鐘時間保持一致，世界時間服務機構會不定期通過閏秒的形式，來保證基於地球自轉的太陽時和基於原子鐘的協調世界時之間的差異在0.9秒以內。
從長期來看，由於地球自轉速度在緩慢降低，因此日長也在緩慢變長，閏秒往往是增加1秒。如果地球的自轉持續增速的話，那麼很可能未來也可能存在負閏秒。時間系統在我們的日常生活中無處不在，在科學研究、金融服務和交通導航等社會的方方面面都離不開精確的時間。因此地球自轉快慢導致的時間上增加或減少1秒也是非常重要的。
羊城晚報：地球自轉還會呈加速趨勢嗎？我們是否需要做應對措施？
受訪專家：上圖顯示近年日長變化處於大約18年大周期變化的低值期，低值期意味著日長變短，地球自轉加速期。前兩個低值時期分別對應1985-1987年、2003-2005年，目前日長變化的低值期應該是2020-2023年，地球自轉應該是處於這一加速的最大值，隨後將進入一個地球自轉周期減速的階段。這是地球自轉運動的自然規律，公眾並不需要有特別應對措施。
編輯：鄔嘉宏
來源：金羊網