今天地球旋轉得更快。這是我們如何知道的。
8 月 5 日星期二,地球將比往常提前 1.33 毫秒完成自轉。這使其成為 2025 年最短的白天之一,為 86,399.99867 秒。
這是如何發生的,以及我們如何能夠如此精確地測量它,也可能會讓你的頭轉得更快。
平均而言,地球的物理自轉時間為 23 小時 56 分 4 秒和 90.5 毫秒——這稱為恒星日。這是地球相對于深空遙遠物體(如恒星)的“真實”自轉。
然而,大多數人經過的那種一天是 24 小時長的,這被稱為太陽日——它是兩次日出或連續中午之間的時間。額外的 4 分鐘來自這樣一個事實,即地球必須再旋轉 1 度,達到 361 度,太陽才能再次出現在同一個地方。
2025 年 8 月 5 日,這兩種白天都略短,這主要是由于地球大氣層中的風、海洋和巖漿中的流體環流——甚至月亮的引力。
自 1970 年代以來,人們一直使用原子鐘和天文學準確測量 24 小時的偏差。
在一年的時間里,這些變化不斷積累:例如,在 1973 年,偏差總和加起來是 +1,106 毫秒,這意味著地球的自轉落后了一秒多一點。同年引入了閏秒來糾正這一點,在一天結束時在時鐘上增加了一秒——23:59:60。
計時需要荒謬的準確性。全球定位系統(通常稱為 GPS)可以精確定位您在太空中的位置,這沒問題。但是,如果您所在的行星表面當天的物理旋轉速度比預期稍快或稍慢,則未經校正的 GPS 將不會知道這一點,并且您的位置將與地圖不匹配。
1.33 毫秒的偏差相當于赤道處的位置誤差約為 62 厘米,因此如果一年不進行糾正,1973 年的累積漂移將導致大約半公里的 GPS 誤差。
為什么地球不保持靜止?
要了解地球自轉的速度有多快,您需要找到一個參考系,理想情況下,沒有任何東西在移動。空間中的一切都相對于其他一切事物移動,但我們看得越遠,事物看起來就越靜止;就像你在火車上時,遠處的山丘似乎移動得更慢,附近的農場匆匆而過。
幸運的是,有些天體的亮度如此之大,以至于它們比整個星系都更耀眼。這些是類星體,在數十億光年外的宇宙中都可以看到它們。
類星體是超大質量黑洞,質量是太陽的數十億倍,它發出的光是整個銀河系銀河系的 100 到 10,000 倍。類星體可以在宇宙數十億光年處探測到,那里的事物本質上是靜止的,因此它們充當宇宙信標。
射電望遠鏡測量我們相對于這些的位置,得出地球真實自轉周期的值,精度達到亞毫秒級。
那些超精確的觀測也是電腦型號其中包括大氣、海洋、天體運動等的運動,以預測一天的長度。這就是我們提前知道一天何時縮短以及如何因此糾正 GPS 的方式。
地球大氣層中的風對每天的長度影響最大,因為它們與陸地表面發生碰撞,特別是當它們撞擊山脈時。盡管聽起來令人難以置信,但風實際上以這種方式減慢了地球的自轉速度。
地球的盛行風在北半球冬季最快,但在 6 月至 8 月期間最慢,因此夏季總是帶來一年中最短的白天(盡管我們傾向于說這是北半球“最長”的白天,因為它們的日照時間更長)。
這些每日和季節性變化只是更廣泛的放緩之上的短暫曇花一現。幾十年來,極地冰蓋的融化一直在減緩地球的自轉速度。要理解原因,請考慮一個旋轉的芭蕾舞演員縮回他們伸出的手臂——他們開始旋轉得更快。旋轉的球,就像地球一樣,也不例外。
地球是扁圓形的,這意味著赤道表面距離行星中心的距離比兩極表面遠 21.5 公里。如氣候變化融化極地冰蓋,融水從兩極經海洋移動到赤道。海平面上升意味著水離地表更遠,就像芭蕾舞演員將手臂向外移動一樣,它艾滋病地球的減速。地球質量的重新分配以類似的方式改變我們的自轉,包括地震.
月球雖然美麗,但在數十億年的時間里可能會產生巨大的拖累。地球的海洋是由月球的引力抬高的,但隨著地球自轉,凸起的海洋在月球軌道上略高于月球。但月球繼續拉動這些海洋,將它們向后拖來逆時針旋轉,這減慢了我們的速度。
地球的自轉能量并沒有損失,而是轉移到月球上,月球獲得了軌道速度,并使其更好地逃離了地球的引力——這就是為什么它以每年 3.8 厘米的速度遠離我們.我們的一天長度比 25 億年前的 17 小時有所增加,這主要是由于月球削弱地球的角動量億萬年。
從 1973 年到 2020 年(存在精確測量值),地球的自轉每年都在放緩,并且每年都在累積數百毫秒的延遲,這已經通過添加 27 閏秒來計算。
從 2020 年開始,情況發生了變化——地球開始旋轉得更快,而不是每年都變慢,這可能是角動量的結果地核和地幔之間的交換,但受到我們探索過的許多其他運動的調節。
7 月 5 日、7 月 22 日和 8 月 5 日被提前被選為今年最快的日子之一,因為除了地球內部運動和大氣風的季節性怪癖之外,月球在軌道上的位置也會使地球每圈減慢兩次(每兩周一次)。
這是因為當月球位于赤道正上方時,它的所有潮汐阻力都從東到西作用,但在這些日期,它位于最北和最南的地方,削弱了這種影響。
你不會注意到日出提前了 1.33 毫秒,但對于精密的原子鐘、類星體參考的天文測量來說,這是顯而易見的。