一直說潮汐力在減緩地球自轉,為什麼現在地球自轉卻加速了?

2021-01-09 騰訊網

在宇宙中,天體的運動是非常具有規律性的,就拿地球來說,它每天都會沿著自轉軸轉一圈,周期大約是24小時,每一個回歸年,也就是今年的春分點到下一年的春分點,周期大約是365天。

如此往復周而復始,在我們的有生之年,這樣的規律是不會發生大的變化的。但是地球的自轉、和公轉並不是一個不變的常數,這也是為什麼我要用「大約」的原因。

對於地球的自轉來說,它並不是精確的24小時(86400秒),而是會出現微小的毫秒級別的波動,自上世紀60年代,人們使用原子鐘精確的測量了地球自轉周期以來;

我們發現地球的自轉周期平均來說要比24小時多一點點,所以從1972年開始,我們會在某個時間給世界時(也就是我們的鐘表)人為加上一秒鐘,來保證計時與太陽日的準確性。

到目前為止,我們已經把鐘錶撥快了27秒,也就是人為加了27秒的時間。

對於地球公轉來說,真實的回歸年平均長度為365.242193天,如果我們總是採用一年365天的話,我們的日曆就會和節氣出現誤差,因此我們有時會在2月給日曆上多加一天(29天),這一月就是閏月,這一年就是閏年(366天),以保證日曆的準確性。

今天我們主要說的是地球的自轉周期,它為什麼會出現波動?

以往我們常說,由於太陽、月球對地球的潮汐制動效應,會減少地球的自轉動量,地球的自轉速度會一直減小,周期一直加長。

但是2020年地球的自轉卻加速了,平均來說自轉一圈的時間不到24小時(毫秒級別),最為明顯的一天是2020年7月19日,這一天地球自轉的周期比24小時短了1.4602毫秒,創下了半個世紀以來的記錄。

甚至在未來的一段時間內,科學家也預測地球自轉還會加速,2021年平均一天地球自轉的周期將會縮短0.05毫秒。

那麼地球為什麼會突然加速呢?未來會一直加速下去嗎?

首先我們說下,在天文學上,月球和太陽是怎樣給地球制動的?

我們知道地球繞著太陽轉,月球又繞著地球轉,由於它們都是直徑非常大的球形天體並非是一個質點,所以地球面向太陽、月球的一側就會受到更強的引力,而發生隆起。

這種效果最強的就是月球對地球的作用,雖然月球比太陽質量小,但是月球離地球要近了很多;

我們知道月球現在已經被地球潮汐鎖定了,總是一面朝向地球,其自轉和公轉的周期一樣大約都是28天。

那麼月球對地球的引力就會造成地球表面的海水發生隆起,由於地球自轉的周期要比月球公轉快了很多,所以月球的位置總是會滯後於地球的自轉。

這樣就會造成地球在自轉的時候海水不停的拍打海岸、且海洋的底部與海水摩擦,導致地球的自轉角動量被消耗,持續的減速。

並且地球在自轉的時候還會拉扯月球,這樣又會把一部分的自轉角動量傳遞給月球的公轉角動量上,最終導致地球是越轉越慢,而月球公轉的越來越快,目前月球正在緩慢的離開地球,速度為3.8釐米/年。

太陽的引力同樣會對地球的自轉產生制動效果,就像是地球把月球潮汐鎖定一樣。如果時間足夠長,最終地球也會總是一面朝向太陽,自轉周期等於公轉周期。

不過太陽對地球的制動效果較弱,我們根本看不到這一天的到來,就算是太陽壽終正寢,地球也不會被太陽潮汐鎖定的。

但是這個制動效果是真實存在的,且每時每刻都在進行。

平均來說,月球和太陽的潮汐作用給地球帶來的制動效果非常微小,每天自轉周期會延長一點點,一年累計下來一天也就增加14微秒。

但是如果時間足夠長的話這個效果還是相當明顯的,在大約6億年前,當時地球自轉以前所需要的時間只有22小時。

如果再往前推的話,月球地球系統誕生的時候,那是地球自轉的更快,6小時一圈,轉的飛起。一年將近有一千多天。

而這時月球也距離地球更近,滿月在天空中非常大,甚至比太陽還要大。那個時候在地球上常常會看到更為壯觀的日全食,天空更加黑暗,持續的時間也比現在的日食長很多。

總的來說,天文學上的潮汐現象在地球的歷史、以及未來將持續的主導地球的自轉周期。這一點毋庸置疑,未來地球肯定會轉的越來越慢。到時不光是定期增加閏秒那麼簡單了,我們要在時鐘上延長一天的時間。

但是在更小的周期內,例如數年這樣的小周期,還有一些因素會影響地球的自轉周期,而且這些因素會導致地球的自轉加快。

在了解這些因素之前我們需要知道一件事,在角動量守恆的情況下,一個物體的自轉速度怎樣會加快?

這裡我們可以參考下花樣滑冰運動員,當他們把手臂和腳收縮起來的時候,轉動的速度就會加快,這是因為質量更加集中在了旋轉軸上,轉動慣量就下降了,為了保證角動量不變,旋轉的速度就會加快。

同樣的,當他們張開手臂的時候轉動的速度就會減慢,這是因為質量分布在了更遠的距離上,轉動慣量增加了。

所以從以上的事情中,我們就能知道地球為何轉快了。有兩點原因:

地球質量更加集中在了核心方向;

地球表面高處的質量,落下的低點;

這兩點都很好理解,地球從形成到現在其核心一直在冷卻,冷卻就會收縮,大約10億到15億年前固態核心就形成了,未來還會一直擴大

核心的收縮,以及引力的作用,就會導致地球地幔、地殼的物質發生沉降,運動。給我們帶來的直觀感受就是地震。

所以說,每發生一次地震都是地球物質沉降、重新排列的事件,每一次地震都會導致地球收縮,物質更加靠近中心,所以根據角動量守恆,地球的自轉就會加速。

這是影響非常大的一個因素,短期內確實就改變地球的自轉速度,例如2011年日本發生的8.9級地震,當時就導致地球自轉周期變短了1.8微妙。

其次就是人類的活動導致了地面質量的重新分布,例如在兩極地區的冰蓋和高山上的冰川融化,都會導致地球質量分布發生變化。

南極的那一塊冰蓋海拔高度在2000米以上,重量為3000萬億噸,如果全部融化就會導致地球質量發生非常大的變化,導致質量更集中在中心;

近些年來隨著全球變暖,冰川的融化,海平面的上升,這些變化都會給地球加速。甚至會導致地軸發生異常的擺動。

總結:

這次的地球自轉加速並非天文學的原因導致的,而是地球自身的原因,未來會持續多長時間並不清楚,如果時間很長,且自轉依舊加速,那麼我們就需要給世界時引入一個負閏年,也就是給我們時鐘減去一秒,來保證計時與地球自轉保持一致。

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  • 減速50年,地球如今卻開始加速自轉!對我們有什麼影響嗎?
    地球繞軸自轉是近代人類天文學上的重大發現,而現在這一現象已經成為全人類認可的事實。我們將地球相對於太陽自轉一圈所需的時長稱為一天,而一天一般被認為是24小時或86400秒。但人類的曆法所記述的時間其實並不完全準確,一天也並不總是24小時,因為地球的自轉速度並不恆定。
  • 減速50年,地球如今卻開始加速自轉!計算機有點吃不消
    我們將地球相對於太陽自轉一圈所需的時長稱為一天,而一天一般被認為是24小時或86400秒。 但人類的曆法所記述的時間其實並不完全準確,一天也並不總是24小時,因為地球的自轉速度並不恆定。 上世紀以來,人們發現地球的自轉速度一直在減慢,這可能是因為月球的潮汐作用,它會讓地球「剎車」。
  • 自轉是一種慣性運動嗎?為什麼地球可以自轉幾十億年?
    先回答第二個問題,簡單粗暴地說,地球可以自轉幾十億年,是因為地球有角動量且角動量守恆。而地球之所以有角動量,大多數人認為是因為地球形成時期質量被引力吸積而分布不對稱所致,當然也受太陽和月球潮汐力影響,還有人說是大碰撞造成的……,不過本人更傾向於地球具有的初始自轉角動量應該來自於現代星雲起源說中描述的太陽系形成初期:地球和太陽由同一原始星雲在自身引力下收縮形成的,由於角動量守恆,收縮必然引起整個星雲開始旋轉,最後形成中心天體――太陽及其自轉,還有地球的公轉和自轉。
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  • 面對地球的自轉逐漸變慢,會導致大地震時期加速到來嗎?
    相關科學的研究團隊紛紛提出這個話題,地球的自轉速度正在發生很不理想的變化,速度減緩。在幾億年前,科學家們就開始通過研究海洋中的珊瑚化石,就發現地球的自轉周期很明顯短於現在,也就是說那時地球的自轉速度就一直在變慢。
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    自46億年前形成以來,地球每天都會繞著地軸自轉一圈,因此地球上萬物才能感受到周而復始的日升日落。如果沒有外力的改變,地球將永遠地自轉下去,直到世界毀滅,直到太陽膨脹成一顆紅巨星吞沒地球。但是,為什麼地球會不停地轉動呢?
  • 如果永動機不存在,地球一直自轉的能量,究竟來自於哪裡?
    如果永動機不存在,地球一直自轉的能量,究竟來自於哪裡?回溯人類的歷史,誕生無數偉大的發明家,他們為世人留下寶貴的財富。例如萊特兄弟發明的飛機、愛迪生發明的電燈等等,都為現代社會造福。為什麼地球會一直自轉?它的能量究竟來源於哪裡呢?這個問題其實扯得較遠。如果永動機不存在,地球一直自轉的能量,究竟來自於哪裡?差不多在50億年前,有一片星雲的引力受到外力的擾動,導致這個物質就開始朝新源的引力中心聚集,久而久之就看到了。
  • 地球又不是永動機,為何可以一直自轉至今?原來都要靠它
    地球誕生至今已經有46億年的歷史了,在這發展的過程中地球也經過了很多的變化,曾經地球上就經歷了五次生物大滅絕,如今地球的環境也發生了變化,但是不管地球出現了怎樣的變化,唯一不變的就是地球至今都在保持著自轉。
  • 月球失去自轉,地球在中間充當著什麼樣的角色?
    可以說,不管我們在什麼時候,所看到的月球「景象」都是一樣的。從我們的中國古代開始,便已經有人發現,月球對著地球的那一面,始終都不會有改變,其實這一切都和月球的自轉有關。對於地月系統的形成,目前都還沒有一個準確的結果,不過很多科學家都認為這是月球撞擊地球的結果,但卻沒有最終證據證明這一現象,當然,也有分裂說,雙星吸積說等描述地月系統的形成,但這些都是沒有證據的學說,無法真正證明地月系統的形成。
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  • 為何地球轉了幾十億年都沒停下來?是什麼力量驅使在地球自轉?
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