地球上的一天越来越长,这可能会对互联网产生破坏性影响

地球上一天的长度一直在神秘地延长。 Image: Unsplash/ ANIRUDH

Matt King
Professor, Surveying & Spatial Sciences, School of Land and Food, University of Tasmania
Christopher Watson
Senior Lecturer, University of Tasmania
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  • 原子钟显示,一天的长度正在变长。但科学家还不清楚其中的原因;
  • 气候变化、天气和潮汐的摩擦效应也许能够解释地球自转受到了何种影响;
  • 专家认为,如果地球白天的时间延长,那么我们可能需要引入前所未有的“负闰秒”,而这有可能对互联网产生破坏性影响。

精确的天文观测和原子钟都显示,一天的长度突然变长了,而科学家尚不清楚其中的原因。

这不仅会对我们的计时产生关键影响,还会对诸如GPS和其他管理着我们现代生活的技术产生影响。

地球的自转,即地球围绕其轴心的旋转,决定了一天的时长。在过去的几十年里,这一速度一直在加快,使得一天变得越来越短。事实上,在2022年6月,过去半个多世纪以来最短的一天被刷新纪录

但是,尽管如此,自2020年以来,这种稳定的加速奇怪地放缓了——即一天又变长了,而其中原因到目前为止还是个谜。

虽然我们手机里的时钟显示一天正好有24个小时,但地球完成一次自转所需的实际时间却略有不同。这些差异发生所需的时间可以是几百万年,也可以是一瞬间——其中,就连地震和风暴也会起到影响作用。

事实证明,一天的时长很少是精确的86,400秒。

不断变化的星球

数百万年来,由于与月球驱动的潮汐有关的摩擦效应,地球的自转速度一直在减慢。这个过程使得每个世纪中每一天的长度增加了大约2.3毫秒。几十亿年前,一个地球日只有大约19个小时

在过去的两万年里,还有另一个趋势一直以相反的方向作用着,加速了地球的自转。当最后一个冰河时代结束时,融化的极地冰盖减少了地表压力,地幔开始稳步向两极移动。

正如芭蕾舞者在将手臂靠向身体——即她们旋转的轴线——就会转得更快一样,当地幔向地球轴线靠近时,地球的旋转速度也会加快。而这个过程使得每个世纪中每一天的长度缩短大约0.6毫秒。

在几十年甚至更长的时期里,地球内部和地表之间的联系也会产生影响。大地震就可以改变一天的长度,尽管通常只是很小的变化。例如,2011年震级高达8.9级的日本大地震使地球的自转速度加快了1.8微秒

除了这些大规模的变化,在短期内,天气和气候也会对地球的自转产生重要影响,减缓或加快其速度。

潮汐按照每两周和每月一次的周期在地球上循环,导致一天的长度延长或缩短达一毫秒。在长达18.6年的日长记录中,我们可以看到潮汐是如何变化的。我们的大气层运动会产生尤其强烈的影响,而洋流也会发挥作用。季节性的积雪和降雨,或地下水的抽取,都会使一天的时长进一步受到影响。

为什么地球自转突然变慢了?

20世纪60年代,地球上的射电望远镜操作员开始研发能够同时观察类星体等宇宙物体的技术。自那以来,我们能够非常精确地估计地球的自转速度。

将这些估计值与原子钟进行比较,我们发现在过去的几年里,一天的长度似乎在不断缩短。

但是,一旦我们排除目前已知的由于潮汐和季节性现象造成的自转速度波动,就会惊讶地发现:尽管地球在2022年6月29日创造了最短的一天纪录,但自2020年以来,一天时长的变化趋势似乎已经从缩短转为延长了。这种变化在过去50年里是前所未有的。

造成这种变化的原因尚不清楚。可能是由于天气系统的变化,例如会在连续两个冬天出现的拉尼娜事件,尽管这些以前也发生过;可能是由于冰盖的进一步融化,尽管冰盖最近几年保持着较稳定的融化速度。这又是否与汤加大型火山喷发,导致大量水汽进入大气层有关?可能不是,因为该事件发生在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叫做“钱德勒摆动”(Chandler wobble)——即地球自转轴以433日的周期相对于地球表面进行小幅运动——的现象有关。射电望远镜的观测结果也显示,近年来该摆动现象在减少;这两者之间也可能有关联。

最后一种可能性,也是我们认为合理的一种猜测,那就是地球内部或周围没有产生什么特定变化。可能只是长期的潮汐效应与其他周期性的现象同时作用,导致了地球自转速度的暂时变化。

我们是否需要引入“负闰秒”?

对许多应用来说,精确地了解地球的自转速率至关重要。如果不能,GPS等导航系统就无法工作。此外,每隔几年,时间记录员就会在我们的官方时间尺度中插入闰秒数,确保其与我们的星球自转速率同步。

如果地球上的日子变得更长,那么我们很可能需要引入“负闰秒” ——这将是前所未有的,并可能对互联网产生破坏性影响

专业人士认为,就目前来说,我们还不太可能需要负闰秒。至少暂时,地球上每天的长度只是多几个毫秒,我们暂且可以放心了。

本文作者:

Matt King,塔斯马尼亚大学,测量与空间科学,土地与食品学院教授

Christopher Watson,塔斯马尼亚大学高级讲师

本文与The Conversation合作发表。本文原载于世界经济论坛Agenda博客,转载请注明来源并附上本文链接。

翻译:张一凡

校对:王思雨

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