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地球自转速度变快,一天或要删减1秒,科学家怀疑与冰川融化有关

地球自转速度变快,一天或要删减1秒,科学家怀疑与冰川融化有关
2021年05月11日 10:48 新浪网 作者 万物和光

  我们都知道地球自转一周需24小时,自转形成昼夜,自转轴倾斜造成了四季更替。而因为我们和其他所有事物(包括地球的海洋和大气层)以相同的恒定速度与地球一起旋转,所以我们没有感受到地球在转动。当然,无论是运动还是静止,都是相对参照物而言的。

  

  但实际上,地球的自转速度其实是忽快忽慢的,没有一天是整整24小时的。最新发表于《生命科学》的一项研究报告称,我们地球从2020年下半年开始,以超过过去50年的速度在自转。简单来说,就是地球自转速度变快了。因此众多科学家正讨论是否世界时间(UTC)删减1秒来以应对此变化,让人类定义的时间与太空真实时间保持一致。

  史无前例“负闰秒”或出现!

  在原子钟(毫秒单位计算)发明前,人们将地球自转一周后回到面对太阳同一角度所经历的时间,定为“一天”,后来分为24个小时。但自1960年开始改用原子钟定义时间后,发现地球自转没有一天是整整24小时的,非永远精准的86400秒,而是相差千分之一秒左右(1970年来地球自转时间比24小时略长)。

  

  为了保持与地球自转一致,科学家在1972年增加了“闰秒(leap second)”。闰秒的作用就是原子钟时间配合地球自转真实时间,视情况增加或减少1秒。

  如果从整体趋势来看,地球自转速度是逐年放缓的。根据化石研究显示,地球在4亿年前一天只有22个小时,再往前推,地球诞生之初可能一天只有几个小时。之所以自转放缓,主要是月球引发的潮汐现象让地球慢慢“减速”。数据统计显示,地球每过100年就会增加1.6毫秒,所以世界时间固定在6月底或12月底视情况添加“闰秒”。而从1972年以来,闰秒已加27次,其中最近一次增加闰秒是在2016年12月31日。

  

  但从2020年开始,地球自转时间明显少于24小时。比如2020年7月19日,地球自转时间比24小时短了1.4602毫秒,这也是人类有记录以来最短的一天!此前记录的最短一天是在2005年,而这一纪录在过去的12个月里被打破了28次。在过去一年里,原子时间总共延迟了19毫秒。可以说,2020年是地球过去50年来自转最快的一年。

  所以英国国家物理实验室的高级研究员彼得·惠伯利(Peter Whibberley)提出了“负闰秒”。这就意味着不是额外添加秒数,还要视情况减少秒数。当然这个情况还要看地球自转速度是否继续加快。

  增加或减少1秒,跟我们的生活好像没有关系吧?

  其实这里的关系大了去。如果没有调整时间保持与地球自转一致,卫星通信和GPS系统就会出乱子了,我们开车无法导航,GPS无法定位。以GPS为例,其原理是GPS接收机同时接收某4颗卫星传来的信号,信号里包括每颗卫星的空间坐标和信号发射时间。GPS接收机再由收到信号的时间差,算出卫星距离GPS接收机有多远,然后结合4卫星的坐标和距离,算出GPS接收机当下的位置,完成定位。

  

  实际上,卫星定位最大的困难就是误差。地球在转,接收机也会动那咋办?所以接收机必须时刻接收当地下地球自转的时间,修正计算,尽量避免误差,提高GPS的定位精度。而科学家在追踪和遥控太空中的探测器时,地面指挥中心必须要精准计算距离和位置,而计算的第一步就是要消除地球自转造成的误差。

  

  不过并非所有人都认为“闰秒”是好的,联合国国际电信联盟(ITU)认为增加或删减秒数以校正时间的做法可能引发混乱,曾提议废除。比如在2012 年,增加闰秒导致全球多个大型网络服务器崩溃。所以他们认为,定期添加闰秒是一件既麻烦又浪费的事情。不过长远角度看,增加或减少1秒对科学技术而言至关重要。幸运的是,废除闰秒的提议早在2015年被否决。

  地球自转速度为何会变快?

  在解释这个问题前,我们要先知道地球为什么会转?太过复杂的原理就不复制了,通俗来说:地球之所以会转,是因为太阳系形成之初,有着“从龙之功”的地球被奖励一部分“角动量”。而角动量是物体转动的物理量,物体质量越大、转动半径越大、转速越快,角动量就越大。最重要一点,角动量永远守恒,只能互相交换

  

  比如地球由东向西转,当大气向东流速变快,会对地面产生摩擦,于是地球一部分角动量就被“借走”了,地球自转速度就会减缓;相反,大气向东流速变慢,摩擦也会还给地球一些角动量,令地球自转速度加快。同时地壳运动也会让地球自转加快,研究显示日本2011年大地震造成地壳的某些部分发生位移,导致地球自转加速,从而使这一天缩短了160万分之一秒。

  

  不过月球引发的潮汐现象,是地球减速的主要原因。月球的引力将靠近月球的潮汐往后拉,给地球“踩刹车”;与此同时,潮汐的重力也将月球往前拉,从而令月球公转速度加快。月球公转速度变快,地球引力会越来越拉不住它,于是月球每年平均远离地球3.8厘米。

  

  那2020年地球自转加快是什么原因引起呢?科学家目前也没有确切的答案。但根据2015年发表在《科学进展》上的一项研究认为,地球自转的这种变化可能是由于全球变暖所致。全球暖化造成南北极冰川融化,进而令地球质量重新分配,使得地球转速变快。若此说法成真,那地球未来的自转速度恐怕会是越来越快了。

  

  比如冰河时期,地表被厚厚的冰层覆盖。当冰河时期过去,冰层融化,大地就会像弹簧一样慢慢恢复。那其他地表就会“变胖”了起来。质量重新分配,地球的自转轴也跟着微调。以北极点为例,你以为地球的北极点一直固定一个点么?实际上,北极点一直都正在摇晃。自1900年开始,北极点已经朝向美国东部方向漂移10米左右。但说到底,这一切都是角动量守恒的结果。

  最后:

  如果地球没有遭受外力的话,比如6500年前突如其来的陨石、月球被炸了等等,地球自转加速或减速的程度造成的影响对我们的日常生活完全无碍。1毫秒等于1/1000秒,抽根寂寞的时间,都够地球加速几倍了。

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