自转越来越快，地球也“赶时间”？

一直以来，有观点认为，由于“潮汐摩擦效应”的存在，地球自转的速率一直是在轻点“刹车”，变得越来越慢。中国科学院上海天文台研究员段鹏硕向科普时报记者证实了这一观点：“虽然近几年地球自转有加速现象，但长期减慢才是大趋势。”

“时快时慢”才是地球真“性格”

段鹏硕介绍，从更短的时间尺度来看，地球自转速率的变化是非常复杂和不均匀的，表现出“时快时慢”以及准周期振荡的特点。

“在年际尺度上，地球自转速率会出现几年加快、而后几年又放慢的现象；在季节变化上，地球自转也会在某些月份出现速度增加，而在某些月份出现速度减慢现象。”段鹏硕分析称，这些不同时间尺度的日长变化实际体现了不同的地球系统物质运动过程。

例如，地球自转速率在年际尺度上的变化，与地球内部的地核运动密切相关；而日长的季节变化则更多受到大气、海洋等地球表层因素的影响。

“也就是说，从长期的日长变化形态来看，近两年的地球自转加快现象并不奇怪，属于正常现象。”段鹏硕提醒，这并非意味着“地球变得更有活力”。

自转原理类似芭蕾的形体转

我们知道，地球本身作为一个独立的系统，在不考虑外部因素的作用时，其自身的角动量（即转动惯量与自转角速度的乘积）是守恒的，其遵守角动量守恒定律。

段鹏硕解释，地球自转速度加快说明地球自身的转动惯量减小，表现为地球整体物质的“收拢”；相反，地球自转速度减缓则说明转动惯量增大，表现为地球整体物质的“展开”。

“这个过程很类似于芭蕾舞演员在表演原地形体旋转时，利用角动量守恒原理，通过收缩（伸展）双臂或腿部的动作改变自身的转动惯量，从而达到加快（减缓）自身旋转速度的效果。”段鹏硕说。

然而，能够引起地球自转速度发生变化的物理因素，不局限于来自地球内部的地核（液核外核、固体内核）运动和磁场变化，还包括一些来自地球表面的现象，例如：大气运动、海洋运动、陆地水、冰川运动以及气候变化等。

国际上有观点认为，地球自转加快的现象可能与近来气候变化导致的南北极冰川融化效应有关。“这种情况下，地球两极承受的压力变小，从而使地壳向上移动，地球变得更圆。而圆形有助于地球旋转得更快。”段鹏硕分析说。

相关研究表明，来自于地球表面的因素倾向于激发5年周期内较高频的地球自转速度变化，而地球内部的因素引起的地球自转速度变化通常表现为5年周期以上更低频的变化。

对此，段鹏硕认为，理论上，实际观测到的地球自转速度变化是多种因素引起的，是地球内外部物质运动共同作用的结果，即，来自于地球外部的因素（例如气候变化、冰川融化等）引起的日长快速变化叠加在地球内部因素（例如地核运动）导致的日长趋势变化上。最终导致在某一天（例如6月29日）地球自转速度加快带一个“峰值”，表现为一天长度最短。

自转速度变化

与“钱德勒摆动”无必然联系

此前，有观点认为，地球自转速度的加快和一天时间的缩短可能与“钱德勒摆动”有关。“钱德勒摆动”是由于地球本身并非严格的球体（也非严格的刚体），在旋转时地极相对于地球表面的小幅度摆动现象。该摆动的周期大致为433天，属于地球自转轴相对于地面晃动的一种固有频率，是地球的一种自然属性。

“地球自转包含地球自转速度和极移，其中地球自转速度被称为‘日长’，也就是一天的长度，也并非严格24小时；极移是地极位置的移动，表现为地球自转轴相对于地球表面的移动现象。”段鹏硕表示，地球自转速度的加快和一天时间的缩短与“钱德勒摆动”之间没有必然联系。因为，“钱德勒摆动”是地球的极移变化现象，属于自转轴的变化，而非地球自转速率的变化。

不必调整手机时间

不少人好奇，地球越转越快，我们的手机时间需要调整吗？

为确定时间，世界上有两种时间计量系统：基于地球自转的“世界时”和基于原子振荡周期的“原子时”。

“世界时”即格林尼治平太阳时间，是指格林尼治所在地的标准时间，是以地球自转为基础的时间计量系统，也是表示地球自转速率的一种形式。20世纪70年代以前，它作为基本时间计量系统被广泛应用。“由于地球自转速度非均匀，目前不再作为一个均匀的时间基准。”段鹏硕介绍。

1967年召开的第13届国际度量大会决定启用基于铯原子钟导出的时间，作为时间计量标准。原子钟是目前世界上已知最准确的时间测量和频率标准。

“‘原子时’的优点是稳定性好、误差非常小，它连续运行30万年，误差在1秒之内，也就是说，每一天的时间快慢误差不超过千万分之一秒。”段鹏硕说。

此外，目前国际上常用的时间系统除了“世界时”和“原子时”外，还有“协调世界时” 。段鹏硕介绍说，“原子时”与“世界时”的时刻之差在0.9秒以内的时间尺度即为“协调世界时”，如果大于0.9秒，就要跳秒，即闰秒。

“这里，‘协调世界时’先用调频再用闰秒实现与‘世界时’的约束，这样‘协调世界时’既能够保持原子时的均匀特性，也能兼顾‘世界时’与地球自转的性能。”段鹏硕说，我们的手机等移动设备使用的正是“协调世界时”，一日时长减少1.5毫秒，还远没达到0.9秒，所以手机时间不需要调整。

段鹏硕说，少了1.59毫秒也算不上多特殊，因为，在一定的时间段内，观测的日长变化数据出现局部最小值点是必然的，以后比-1.59ms还小的时刻，很可能还会出现。

来源：科普时报

作者：史诗

编辑：吴桐

审核：王飞

终审：陈磊