每天24小時,時間對于全世界的所有人都是非常公平的。但在有的時候,一天其實并不是整整的24小時。就在6月29日這一天,科學(xué)家記錄到,地球的自轉(zhuǎn)速度突然加快,一天的時間縮短了多達(dá)1.59毫秒,這成為人類有記錄以來最短的一天。
那么,地球究竟發(fā)生了什么?為什么自轉(zhuǎn)速度會加快?一天的持續(xù)時長變短又會對現(xiàn)代文明造成什么影響?
地球的自轉(zhuǎn)
因為地球的自轉(zhuǎn),我們看到了日月星辰的東升西落,這是我們感知地球在自轉(zhuǎn)的最直接方式。正是因為地球在自轉(zhuǎn),才有了晝夜更替。在此基礎(chǔ)上,人類把一天劃分成24小時。
值得強(qiáng)調(diào)的是,24小時并不是地球繞著自轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)一圈所需的時間。事實上,地球完成360 自轉(zhuǎn)所需的時間不到24小時,大約是23小時56分04秒。這個時間被稱為恒星日,也就是地球上某個點(diǎn)連續(xù)兩次對準(zhǔn)一顆遙遠(yuǎn)恒星所需的時間。因為恒星離太陽系非常遙遠(yuǎn),它們可以作為宇宙中一個相對固定不動的參照點(diǎn)。
而太陽離地球相對較近,如果以太陽作為參考,就需要考慮地球公轉(zhuǎn)所帶來的影響。地球以30公里/秒的速度繞著太陽轉(zhuǎn)動,要讓太陽連續(xù)兩次出現(xiàn)在中天(太陽在一天中高度角最大的時候),地球其實需要轉(zhuǎn)動大約361 ,所以需要多出大約4分鐘。這個周期又被稱為太陽日,也就是我們生活中所采用的一天時長。
地球自轉(zhuǎn)長期變慢
由于月球和太陽的引力對地球產(chǎn)生了潮汐摩擦作用,所以地球的自轉(zhuǎn)速度不斷變慢。從短期來看,這個變化很小,我們無法感知。但要從地質(zhì)時間尺度來看,變化還是非常明顯的。
早在45.4億年前,剛剛誕生的原始地球,自轉(zhuǎn)一周只需5小時。而在35億年前,地球的自轉(zhuǎn)周期已經(jīng)變?yōu)?2小時。到了14億年前,又進(jìn)一步延長至19小時。距今1億年前,地球的一天已經(jīng)有23小時了。
地球自轉(zhuǎn)異常加速
地球自轉(zhuǎn)變慢是自然趨勢,但隨著能夠精確計時的原子鐘的問世,科學(xué)家卻意外發(fā)現(xiàn),地球有時候會突然加速自轉(zhuǎn)。銫-133原子鐘作為主流的原子鐘,其計時精度已經(jīng)達(dá)到了1億年誤差不超過1秒。而更先進(jìn)的核鐘,可以實現(xiàn)更高精度的計時,比如釷-229核鐘,理論上,3000億年的誤差還不到1秒。
自原子鐘問世以來,科學(xué)家已經(jīng)多次記錄到了不到24小時的情況,上一次最短紀(jì)錄是在2020年的7月19日,當(dāng)天的時長縮短了1.47毫秒,當(dāng)年總共記錄到了28個不到24小時的一天。
而在2022年6月29日,地球再次加速自轉(zhuǎn),并且出現(xiàn)了有史以來最短的一天,時長比平時少了1.59毫秒。7月26日,這一天也很短,比24小時短了1.5毫秒。
為什么地球會加速自轉(zhuǎn)?
地球自轉(zhuǎn)加速的原因有很多種,其中一種與人類脫不了干系。由于人類活動排放大量的溫室氣體,加劇了全球變暖,使得兩極和高山的冰川大量融化,這些水大量涌入海洋中,從而讓地球的自轉(zhuǎn)速度加快,這就像在原地轉(zhuǎn)動的滑冰者收緊雙臂時,其自身會越轉(zhuǎn)越快。
除了人類要負(fù)責(zé)的原因之外,“錢德勒擺動”也被認(rèn)為會加快地球自轉(zhuǎn)。天文學(xué)家錢德勒發(fā)現(xiàn),地球的自轉(zhuǎn)軸并非固定不變,而是會相對于兩極出現(xiàn)9米的小幅擺動,周期為433天,這就是錢德勒擺動,也有可能讓地球的一天變短。
地球一天變短怎么辦?
自上個世紀(jì)60年代以來,地球自轉(zhuǎn)速度總體上在不斷變慢,為此科學(xué)家還需要進(jìn)行加閏秒操作,人為地增加1秒,設(shè)定了本不該存在的時間23:59:60。此前已經(jīng)加了27次閏秒,上一次是在2016年。
但在近年來,地球自轉(zhuǎn)速度卻在不斷加快,導(dǎo)致一天不到24小時的情況變得越來越多。雖然只是少了1毫秒多,但這會影響到人造衛(wèi)星原子鐘與地球自轉(zhuǎn)周期的同步,從而帶來意想不到的影響。尤其是導(dǎo)航衛(wèi)星,因為信號以光速傳播,每秒可達(dá)30萬公里,再乘以毫秒級別的時間,這會造成導(dǎo)航衛(wèi)星出現(xiàn)很大的定位誤差。
如果地球繼續(xù)不斷加速自轉(zhuǎn),科學(xué)家可能要考慮減閏秒操作,人為地給一天刪除1秒,讓時間從23:59:58直接跳過59秒,進(jìn)入第二天。不過,并不是所有人都支持這一提議,一些人認(rèn)為負(fù)閏秒是上世紀(jì)70年代的過時想法,這可能會導(dǎo)致今天的數(shù)據(jù)程序和技術(shù)出現(xiàn)未知bug而宕機(jī)。