地球自轉速度為什麼會加快?


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地球自轉速度為什麼會加快?

在人的生活中,每天有兩件事特別規律,一件就是你每天都要給手機充電,第二件事就是太陽每天都要東昇西落;

有規律的事可以幫助我們確定時間的流逝速度,例如太陽的東昇西落就代表了一天的開始與結束,而太陽東昇西落的本質原因是因為地球自轉造成的。

所以我們就把地球自轉一圈所花費的時間定為了我們在地球上經歷一天所需要的時間,這個時間就是我們鐘錶上的24小時。

也就是說,在我們的時間規定裡,鐘錶走過24小時地球就必須轉一圈,如果地球轉的快了或者轉了慢了都會導致太陽日(太陽在天空中的位置)和鍾表上的時間出現誤差。

所謂的太陽日就是指,今天太陽達到天穹頂最高點的位置到明天達到天穹頂最高點的位置所花費的時間。

舉個例子,今天的太陽在中午12點的時候到了天穹最頂端,那麼明天12點的時候,太陽也必須到達天穹的最頂端,這樣我們的鐘錶的計時才能與地球自轉週期對應,鐘錶計時才能指導我們每天的生活。

每天我們只要看下鐘錶時間,就能知道太陽現在大致在天空的哪個位置,當然也能知道,現在是中午了、還是下午了,還是太陽已經快落山了。

如果太陽日和鍾表計時有誤差的話,那我們看鐘錶上的時間,就無法準確地判斷太陽現在在天空中的位置。

假如地球自轉慢了1毫秒,一個真實的太陽日就會大於24小時,就是24小時1毫秒,而我們依舊採用鐘錶上的24小時過一天的話,就會造成第二天和前一天相比,在特定的時間點太陽在天空中的位置不一樣。

舉個例子,今天12點太陽在天穹頂最高點,那麼明天12點的時候它也應該在天穹頂最高點,如果地球自轉慢了1毫秒,那麼就會導致太陽在第二天12點的時候無法達到天穹頂,而是向東邊偏了一點點;

這時地球還需要在轉1毫秒的時間,太陽才能達到天穹頂,但這時我們的鐘錶時間已經過了12點了,也就是說第二天太陽達到天穹頂的時間是12點1毫秒。

這個誤差雖然不大,對一天的生活沒有啥影響,但是日積月累,就會嚴重影響生活,例如誤差持續的累計,總有一天就會出現這樣的情況,鐘錶明明已經正午12點了,可是太陽才剛出地平線,黎明才剛剛到了。

這樣的話,鐘錶計時對我們的生產、生活來說就完全沒有意義了。

假如地球自轉變快了,不到24小時它就轉了一圈,那剛好與轉慢了相反,第二天12點的時候,太陽本該在天穹頂點,卻已經過了這個點。

長此以往,當你看鐘錶的時候,明明才12點啊,卻發現太陽已經要落山了。

所以我們的鐘錶計時必須和太陽日週期完全一樣才行。出現誤差置之不理的話,以後看表就沒有意義了。

那麼問題來了,我們的地球自轉一圈就真的是準確的24小時嗎?

地球雖然自轉的非常規律,但是它在太陽系中並非孑然一身,而且它也不是一個質點,周圍有很多的天體引力都會影響它的自轉,導致它的自轉速度持續的波動,當然速度變了自轉週期也就變了。

對地球自轉影響最大的就是我們熟知的潮汐引力作用。在太陽系中對地球潮汐引力作用最大的天體並非是太陽,而是地球的衛星月球。

別看它小,但是它離地球最近,所以月球就成為了影響地球自轉速度最大的因素。

在地球上朝向月球的一面所受到的引力總是要大於地球背向月球的一面,由於地球上有很多的海水,所以朝向月球這一面的海水就會因為月球引力的作用而出現微微隆起的現象。

我們知道自轉一圈非常快,而月球繞著地球公轉一圈就得一個月的時間,所以月球所造成的地球海水隆起總是滯後於地球的自轉。

因此地球在自轉的時候就會與滯後的海水隆起部分發生摩擦,這就是海洋不停拍到海岸的原因,也是潮漲潮落的原因,摩擦就會消耗掉地球自轉的動能。

而且也有一部分的地球自轉動能通過潮汐力傳遞給了月球,因為地球總是自轉得快,月球總是在後面拉著地球,所以月球就被地球加速了,這就是月球正在遠離地球的原因。

月球和地球之間的天體物理作用,從誕生到今天就一直在持續,所以月球一直在給地球減速,它也一直在遠離地球。

例如地月系統剛誕生的時候,地球轉一圈只需要6小時,這時的月球離地球非常近,數億年前的恐龍,它們一個太陽日的時間也就23小時。

但是到了今天太陽日就需要24小時了,而且地球自轉速度變慢還會一直持續下去,未來一個太陽日會多於24小時,甚至到25小時,當然這已經是數億年後的事了。

上文我們已經了解了變慢會造成什麼影響。那為什麼我們用鐘錶計時以來沒有發現像我說的太陽在天空中位置滯後的現象呢?

其實科學家為了避免發生這樣的事情,會定期地給我們的鐘錶增加1秒鐘的時間,也就是這一分鐘有61秒,當地球自轉週期誤差累計到了1秒中,我們就調整自己的鐘錶以跟地球自轉週期對應。

自上世紀70年代以來,我們已經增加了27個潤秒。

但是影響地球自轉的因素不僅僅是月球,在短週期內,還有地震、以及人類活動造成的冰川融化,進而導致的地球轉動慣量的變化,也會影響地球的自轉速度。

例如每一次地震都是地球收縮、重元素沉降導致的,地球質量分佈得越靠近自轉軸那麼它自轉的就會越快,南北極冰川、高山積雪快速融化,也會使得高海拔的質量轉移到低海拔;

這些因素都會導致地球自轉加速。

最新的研究發現,由於以上的因素確實導致了地球在2020年自轉速度加快了,比24小時要短,而且科學家也認為在2021年地球平均每天會比24小時短0.05毫秒。

而我們現在一天還使用的鐘錶時間是24小時,根據上文我們學到的知識就能知道,太陽在天空中的位置就會超前於鍾表時間。

那麼我們是否要在未來調整自己的鐘錶,以應對地球自轉加速,週期變短呢?

調整的方式就是增加負潤秒,也就是減去一秒鐘的時間,讓鐘錶時跟上地球自轉。目前科學家並沒有明確地表示未來是否增加負潤秒。

因為地球現在的加速只是由自身原因導致的短暫現象,而減速卻是長期的效應。如果要增加負潤面,那也沒啥影響。

由於地球自轉速度的變化都是在毫秒級別波動的,因此我們日常生活並不能感覺到每天的時間有什麼差異,但這在科學上卻非常重要。