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。
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」。
而在最近,科學家首次發現在減速了50年後,地球的自轉卻開始加快了,這意味著一天的時間開始變短了。
如何知道地球自轉加快
由於人們身處地球並與地球具有同步的自轉速度,所以我們幾乎察覺不到地球的自轉,那我們怎麼知道地球自轉變快了呢?
很簡單,只要測量一下「一天」的時長就可以了,因為地球的周長是不變的,「一天」的長短可以反映轉速的快慢。
起初人們是參照太陽在天空中的位置來判斷一天的時長的,即「太陽日」,但由於地球自轉的同時還在公轉,這種方式存在一些偏差。
於是天文學家改用距離地球相當遠因而可以看作是靜止著的其他恆星,這樣測得的一天的時長叫做「恆星日」。
太陽日示意圖
恆星日一般被認為是地球真正的自轉周期,亦即「一天」的真正時長,它是23小時56分4秒。
測量恆星日的一個必備工具是鐘錶,地球上不存在完美的鐘表,所有的鐘表都有誤差,只是大小的區別。
早期的鐘表誤差較大,並不能很精確的測量恆星日,比如今年測得的是這樣,明年又是那樣,誰知道是鐘錶壞了還是地球速度變了?
直到上世紀60年代原子鐘的出現改變了這一局面,原子鐘超高的精確度可以讓人們放心以它為參考時間。
原子鐘是一種以原子共振頻率標準來計算並保持時間準確的時鐘,它是目前世界上準確度最高的鐘表。
圖為:原子鐘
以原子鐘為基準時間,然後將測得的恆星日的時長與其對比就可以知道地球自轉周期的長短變化了。
自從1960年有了原子鐘後,人類才真正開始比較準確的了解地球自轉速度(或一天的時長)的變化。
地球自轉為什麼會加速
原子鐘的誤差大約是每一億年增加/減少1秒,因此我們有足夠的理由相信地球的自轉的確加快了。
按理說,地球的自轉應該繼續減慢才對,畢竟地月之間的潮汐力仍在發揮作用,那為什麼它會加快呢?
科學家認為這可能與全球變暖有關,因為融化的冰川可能會擾亂地球原始的質量分布或地質的運動。
我們知道,地球相對於太陽的角動量是守恆的,一旦地球質量分布變化,其速度也會隨之改變。
對人類有何影響,我們又該如何應對
自從1960年以來,地球上最快的28天都發生在去年,那些天中地球的繞地軸旋轉的速度比平常快了1.5毫秒。
科學家預測今年地球的自轉速度可能會更快,平均一天的持續時間預計將比86400秒少0.05毫秒,個別天數可能會少1.5毫秒。
對於地面上的我們來說,幾毫秒似乎是一個微不足道的時間,一天將近24小時,也並不差這零點幾毫秒,減少了也不可惜。
我們的正常生活作息不會因為這幾毫秒的減少而改變,什麼點該幹嘛還是幹嘛,完全不受影響。
但是對於天上的衛星來說,情況就不一樣了,因為地球自轉加速意味著原子鐘無法準確顯示恆星日。
而衛星和其他通信設備通常基於太陽和恆星的位置,因此恆星日與地球原子鐘的同步十分關鍵。
如何讓原子鐘與恆星日同步呢?讓地球轉慢點顯然是不可能的,所以我們的應對方法是調整原子鐘的時間。
一般來講,當恆星日與原子鐘的偏差超過0.9秒時,科學家就會調整原子鐘的時間,給它增加或減少1秒。
到目前為止,由於地球的自轉一直是變慢的,所以許多次調整都是在6月底或12月底給原子鐘增加一個「閏秒」,為什麼要叫閏秒呢?聯想一下閏年的概念你就知道了。
但依照目前的情況,時間的加快並沒有到需要給原子鐘增加一個「負閏年」的地步,而且,增減閏年也並非是完全無害的。
增減閏會造成一些大型網站的崩潰,因為計算機的系統可能會被1秒的變化搞糊塗,引發伺服器上的一系列過度活動,從而鎖死機器的CPU。
最後
以前很多人談論如果地球突然加快自轉會怎麼樣,所有的人的看法是那將會對地球生物產生致命的危險。
但實際上,地球的自轉不太可能發生那麼快的突變,就像現在我們知道的,它的自轉正在緩慢變快。
而這種變快,對於地球生命並無影響,只是會讓計算機有點吃不消。