地球的一天一直在变长，科学家也不知道为什么

图片来源：Elena Mozhvilo on Unsplash

当原子钟与精确的天文测量相结合，我们会发现一天的时长突然变长了，而科学家仍不清楚这其中的原因。

这不仅对我们的计时产生了重大影响，而且对诸如 GPS 和其他支持着我们现代生活的技术也有重大影响。

在过去几十年的时间里，决定着一天有多长的地球绕自转一直在加速。这种趋势让我们的一天天变得越来越短，事实上，我们的地球在 2022 年 6 月创下了过去半个多世纪以来最短的一天记录。

尽管创下了这一最短记录，但自 2020 年以来，这种稳定的自转加速又奇怪地转变为了减速，一天的时长又变长了，其中的原因至今仍是个谜。

虽然我们手机里的时钟显示一天正好 24 个小时，但地球完成单次自转所需的实际时间却略有不同。这些变化可能发生在数百万年的时间跨度里，也可能在一瞬间发生，甚至地震和风暴事件也会对此有所影响。

不论怎么说，一天的时长很少恰好是 86 400 秒这个神奇的数字。

不断变化的星球

数百万年来，月球驱动的潮汐相关摩擦效应让地球的自转速度一直在减慢。这个过程让一天的长度每隔一个世纪就会增加大约 2.3 毫秒。几十亿年前，一个地球日只有大约 19 个小时。

在过去的两万年中，另一个过程则一直在施加相反的影响，也就是加速地球的自转。当最后一个冰河时代结束时，融化的极地冰盖降低了地表压力，地幔开始稳定地向两极移动。

就像芭蕾舞演员将手臂合到身体也就是他们的旋转轴上时，会旋转得更快一样，当地幔逐渐靠近地球的自转轴时，地球的旋转速度也会增加。这个过程让一天的长度以每世纪约 0.6 毫秒的速度在缩短。

在几十年甚至更长的时间跨度上，地球内部和地表之间的联系也开始发挥作用。大型地震可以改变一天的长度，尽管通常来说这种改变微乎其微，例如，科学家认为，日本 2011 年发生的 8.9 级大地震使地球的自转速度加速了相对来说非常微小的 1.8 微秒。

除了这些较大时间跨度上的变化，在较短的时间里，天气和气候也会对地球的自转产生重要影响，在两个方向上都会导致相应的变化。

每两周和每月一次的潮汐循环会移动地球各处的质量，导致地球上一天的长度在任一方向上的变化最多可以达到 1 毫秒，我们可以监测到长达 18.6 年间的一天时长记录与潮汐变化的关系。我们大气的运动具有特别强烈的影响，洋流也发挥了作用，季节性积雪和降雨，或地下水开采，都进一步对一天的时长产生了影响。

为什么地球突然减速？

自 1960 年代以来，当地球上各地的射电望远镜操作员开始设计技术，以同时观察类星体等宇宙天体时，我们对地球的自转速度有了非常精确的估计。

将这些估计与原子钟进行比较后，科学家发现，在过去几年中一天的长度似乎在不断缩短。

但是，一旦消除了我们所知道的潮汐和季节性影响下发生的地球自转速度波动，就会有一个令人惊讶的发现。尽管地球在 2022 年 6 月 29 日达到了最短的一天，但自 2020 年以来，长期轨迹似乎已经从缩短转向了延长，这种转变在过去 50 年中是前所未有的。

这种变化的原因尚不清楚。可能是由于天气系统的变化，以及连续两年的背靠背拉尼娜事件（译者注：气象学家预测今年将迎来连续第三次拉尼娜事件），尽管这些现象在过去已经发生过了。还可能会源自冰盖进一步的融化，尽管近年来冰盖的融化速度并没有明显偏离其稳定的融化速度。会不会与汤加巨大火山爆发，向大气中注入了大量水有关？可能不会，因为那发生在 2022 年 1 月。

科学家推测，最近地球自转速度的神秘变化与一种名为 " 钱德勒摆动 "（"Chandler wobble）的现象有关，钱德勒摆动指地球自转轴相对于地球表面的小幅度运动，周期约为 430 天。射电望远镜的观测结果也表明，近年来这种摆动有所减少，因此两者之间可能存在关联。

我们认为合理的最后一种可能性是，地球内部或地表各处没有任何具体的变化，可能只是长期的潮汐效应与其他周期性过程同时让地球的自转速度产生了暂时性的变化。

我们需要"负闰秒"吗？

准确了解地球的自转速率对于许多应用至关重要，没有它，GPS 等导航系统将无法工作。此外，每隔几年，计时员会在我们的官方时间表中插入闰秒（leap second），以确保官方时间不会与我们的星球脱轨。

如果地球的一天变得更短了，我们可能就得加入 " 负闰秒 "（negative leap second），这将是前所未有的，还可能让互联网瘫痪。

目前认为，我们不太可能需要负闰秒。至少在最近的一段时间内，我们每天还拥有着那么额外的几毫秒。