地球有時轉得快，有時轉得慢，但總體在「轉慢」。我國科學家在全球首次發現，在6年周期振蕩信號中會出現一個「減速度」。
中科院測量與地球物理研究所與中科院上海天文臺專家合作進行了這項研究，相關論文已在國際地學著名期刊《地球和行星科學通訊》上在線發表。
這個給地球「減速」的力量來自哪裡？研究它又有什麼意義？日前科技日報記者就這些問題，採訪了中科院測量與地球物理研究所的專家。
50年減少了0.05毫秒
以太陽為參照物，地球自轉一周則需要24小時，即一天，天文學家們不稱其為「一天」，而叫「日長」。他們發現，每日的「日長」並不是同樣長短，這說明地球自轉速率不是固定不變的，不同階段有快有慢。
中科院測量與地球物理研究所研究員劉根友介紹，作為一個天文學經典課題，分析地球旋轉「快慢」，是為了解地球本身。正是地球內核轉動，影響其自轉速度，專家們從結果到過程，去反推地球內部物理現象和地球表面的物質分布。
即使以年計，這種變化可能是在毫秒級，連「瞬間」都算不上，幾乎很難察覺，但在精密測量時，這個量已經很大了，0.1毫秒產生的位置誤差在赤道上可達0.5米，產生的無線電波測距誤差可達30公裡。
劉根友說，針對國際機構發布的長達50年的日長觀測數據，中科院測地所團隊通過頻譜分析發現，存在一個振幅約0.12毫秒的6年周期變化，振幅在減小，1962—2012年總共減少了大約0.05毫秒。
衰減與地球內部能量耗散有關
地球自轉速率（日長）的變化非常複雜，在時間尺度上，我們可將日長變化總體上分為季節變化、年際變化以及年代際變化。在更長的時間尺度上，例如，在世紀尺度、甚至數萬年尺度上，地球自轉速率的確存在長期非常緩慢的減少現象，其主要與地球表面的潮汐摩擦有關。
中科院測量與地球物理研究所段鵬碩博士介紹，6年信號的振幅變化特徵及其物理激發機制問題，在國際上長期以來沒能得到很好的解答。目前國際上有人認為6年周期剛好是太陽活動周期的一半，試圖利用太陽活動來解釋日長6年信號，而我們發現日長6年信號也存在衰減現象，日長6年信號的衰減主要與地幔與液態外核邊界處存在的能量耗散效應有關。
段鵬碩說，我們的研究表明日長6年信號與地球內核的運動存在本質上的關聯，它的變化直接反映地球內核的動力學信息。由於地球內核遠在數千公裡深的地下，了解它的運動變化特徵十分困難，然而，日長6年信號為我們打開了一扇直接了解內核運動的窗口，因此研究它很有意義。
可定量推測地球深部磁場信息
「日長存在一個6年的周期變化，2000年最先被國外專家利用傳統小波時頻變換技術在日長的觀測數據中探測到；而我們利用標準小波變換方法首次探測到了日長6年信號的衰減現象。標準小波變換方法是基於傳統小波變換發展而來的。」
段鵬碩說，我們的工作表明日長6年信號本質上是固體內核的本徵擺動，由於我們解釋日長6年信號及其衰減現象所用的模型是三層地球模型，理論模型結果與觀測結果的吻合進一步表明了地球內部的結構的確是三層結構，並且內核與地幔之間的確存在很強的引力耦合作用，這對於了解內—外核邊界、核幔邊界處的形狀信息、內核密度和地幔密度信息等具有重要意義。
最為關鍵的是我國專家找到了表徵日長6年信號衰減現象的品質因子Q值與核幔邊界電磁信息之間的定量關係。通過對日長6年信號衰減現象的精確分析，可以直接定量推測地球深部（地幔—液態外核邊界）的磁場信息，這是一種新的定量估計地球內部磁場的方法，這種方法是我國科學家在國際上首次提出的。
劉根友研究員說：「這與老百姓生活很遠，但人類必須了解我們生活的星球，這是永恆的研究課題。」
（原載於《科技日報》 2017-12-28 5版）