地球白天的长度一直在神秘地增加,科学家们不知道为什么

8月8日 11:23 引自:phys.org

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原子钟与精确的天文测量相结合,揭示了一天的长度突然变长了,科学家们不知道为什么。

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

在过去的几十年里,地球绕其轴心的自转——它决定了一天有多长——一直在加速。这种趋势使我们的日子变短了;事实上,我们在 2022 年 6 月创下了过去半个多世纪以来最短一天的记录。

但尽管创下了这一纪录,但奇怪的是,自 2020 年以来,稳步加速转变为放缓——日子又变长了,其原因至今仍是个谜。

虽然我们手机中的时钟显示一天正好有 24 小时,但地球完成单次自转所需的实际时间却略有不同。这些变化发生在数百万年的时间里,几乎是瞬间发生的——甚至地震和风暴事件也可以发挥作用。

事实证明,一天很少恰好是 86,400 秒的神奇数字。

不断变化的星球

数百万年来,由于与月球驱动的潮汐相关的摩擦效应,地球的自转速度一直在减慢。这个过程使每个世纪的每一天的长度增加了大约 2.3 毫秒。几十亿年前,地球日只有大约19 个小时。

在过去的 20,000 年中,另一个过程一直在朝着相反的方向进行,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。

就像芭蕾舞演员在将手臂伸向身体时旋转得更快(他们围绕旋转的轴)一样,当这块地幔靠近地球的轴时,我们星球的旋转速度也会增加。这个过程每世纪每天缩短约 0.6 毫秒。

几十年甚至更长的时间,地球内部和地表之间的联系也开始发挥作用。大地震可以改变一天的长度,尽管通常是少量的。例如,日本 2011 年发生的 8.9 级大地震被认为使地球自转加速了相对微小的1.8 微秒。

除了这些大范围的变化,在更短的时期内,天气和气候也对地球的自转产生重要影响,导致两个方向的变化。

每两周和每月一次的潮汐循环会在地球周围移动质量,导致一天的长度在任一方向上最多变化一毫秒。我们可以看到长达 18.6 年的日长记录的潮汐变化。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,进一步改变了事情。

为什么地球突然减速?

自 1960 年代以来,当地球周围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物体时,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发现,在过去几年中,一天的长度似乎在不断缩短。

但是,一旦我们消除了我们所知道的由于潮汐和季节性影响而发生的旋转速度波动,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延长。这种变化在过去 50 年中是前所未有的。

这种变化的原因尚不清楚。这可能是由于天气系统的变化,以及背靠背的拉尼娜事件,尽管这些已经发生过。这可能会增加冰盖的融化,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。会不会与汤加的巨大火山爆发向大气中注入大量水有关?可能不会,因为那发生在 2022 年 1 月。

科学家们推测,最近地球自转速度的神秘变化与一种称为“钱德勒摆动”的现象有关——地球自转轴的小偏差,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。两者可能有联系。

我们认为合理的最后一种可能性是,地球内部或周围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产生地球自转速度的暂时变化。

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刻度中插入闰秒,以确保它们不会与我们的星球不同步。

如果地球要转移到更长的日子,我们可能需要加入“负闰秒”——这将是前所未有的,并且可能会破坏互联网。

目前认为不太可能需要负闰秒。现在,我们可以欢迎这样的消息——至少在一段时间内——我们每天都有几毫秒的额外时间。

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