“時(shí)快時(shí)慢”才是地球真“性格”

段鵬碩介紹，從更短的時(shí)間尺度來(lái)看，地球自轉速率的變化是非常復雜和不均勻的，表現出“時(shí)快時(shí)慢”以及準周期振蕩的特點(diǎn)。

“在年際尺度上，地球自轉速率會(huì )出現幾年加快、而后幾年又放慢的現象；在季節變化上，地球自轉也會(huì )在某些月份出現速度增加，而在某些月份出現速度減慢現象?！倍矽i碩分析稱(chēng)，這些不同時(shí)間尺度的日長(cháng)變化實(shí)際體現了不同的地球系統物質(zhì)運動(dòng)過(guò)程。

例如，地球自轉速率在年際尺度上的變化，與地球內部的地核運動(dòng)密切相關(guān)；而日長(cháng)的季節變化則更多受到大氣、海洋等地球表層因素的影響。

“也就是說(shuō)，從長(cháng)期的日長(cháng)變化形態(tài)來(lái)看，近兩年的地球自轉加快現象并不奇怪，屬于正?，F象?！倍矽i碩提醒，這并非意味著(zhù)“地球變得更有活力”。

自轉原理類(lèi)似芭蕾的形體轉

我們知道，地球本身作為一個(gè)獨立的系統，在不考慮外部因素的作用時(shí)，其自身的角動(dòng)量（即轉動(dòng)慣量與自轉角速度的乘積）是守恒的，其遵守角動(dòng)量守恒定律。

段鵬碩解釋?zhuān)厍蜃赞D速度加快說(shuō)明地球自身的轉動(dòng)慣量減小，表現為地球整體物質(zhì)的“收攏”；相反，地球自轉速度減緩則說(shuō)明轉動(dòng)慣量增大，表現為地球整體物質(zhì)的“展開(kāi)”。

“這個(gè)過(guò)程很類(lèi)似于芭蕾舞演員在表演原地形體旋轉時(shí)，利用角動(dòng)量守恒原理，通過(guò)收縮（伸展）雙臂或腿部的動(dòng)作改變自身的轉動(dòng)慣量，從而達到加快（減緩）自身旋轉速度的效果?！倍矽i碩說(shuō)。

然而，能夠引起地球自轉速度發(fā)生變化的物理因素，不局限于來(lái)自地球內部的地核（液核外核、固體內核）運動(dòng)和磁場(chǎng)變化，還包括一些來(lái)自地球表面的現象，例如：大氣運動(dòng)、海洋運動(dòng)、陸地水、冰川運動(dòng)以及氣候變化等。

國際上有觀(guān)點(diǎn)認為，地球自轉加快的現象可能與近來(lái)氣候變化導致的南北極冰川融化效應有關(guān)。“這種情況下，地球兩極承受的壓力變小，從而使地殼向上移動(dòng)，地球變得更圓。而圓形有助于地球旋轉得更快?！倍矽i碩分析說(shuō)。

相關(guān)研究表明，來(lái)自于地球表面的因素傾向于激發(fā)5年周期內較高頻的地球自轉速度變化，而地球內部的因素引起的地球自轉速度變化通常表現為5年周期以上更低頻的變化。

對此，段鵬碩認為，理論上，實(shí)際觀(guān)測到的地球自轉速度變化是多種因素引起的，是地球內外部物質(zhì)運動(dòng)共同作用的結果，即，來(lái)自于地球外部的因素（例如氣候變化、冰川融化等）引起的日長(cháng)快速變化疊加在地球內部因素（例如地核運動(dòng)）導致的日長(cháng)趨勢變化上。最終導致在某一天（例如6月29日）地球自轉速度加快帶一個(gè)“峰值”，表現為一天長(cháng)度最短。

自轉速度變化

與“錢(qián)德勒擺動(dòng)”無(wú)必然聯(lián)系

此前，有觀(guān)點(diǎn)認為，地球自轉速度的加快和一天時(shí)間的縮短可能與“錢(qián)德勒擺動(dòng)”有關(guān)?！板X(qián)德勒擺動(dòng)”是由于地球本身并非嚴格的球體（也非嚴格的剛體），在旋轉時(shí)地極相對于地球表面的小幅度擺動(dòng)現象。該擺動(dòng)的周期大致為433天，屬于地球自轉軸相對于地面晃動(dòng)的一種固有頻率，是地球的一種自然屬性。

“地球自轉包含地球自轉速度和極移，其中地球自轉速度被稱(chēng)為‘日長(cháng)’，也就是一天的長(cháng)度，也并非嚴格24小時(shí)；極移是地極位置的移動(dòng)，表現為地球自轉軸相對于地球表面的移動(dòng)現象?！倍矽i碩表示，地球自轉速度的加快和一天時(shí)間的縮短與“錢(qián)德勒擺動(dòng)”之間沒(méi)有必然聯(lián)系。因為，“錢(qián)德勒擺動(dòng)”是地球的極移變化現象，屬于自轉軸的變化，而非地球自轉速率的變化。

不必調整手機時(shí)間

不少人好奇，地球越轉越快，我們的手機時(shí)間需要調整嗎？

為確定時(shí)間，世界上有兩種時(shí)間計量系統：基于地球自轉的“世界時(shí)”和基于原子振蕩周期的“原子時(shí)”。

“世界時(shí)”即格林尼治平太陽(yáng)時(shí)間，是指格林尼治所在地的標準時(shí)間，是以地球自轉為基礎的時(shí)間計量系統，也是表示地球自轉速率的一種形式。20世紀70年代以前，它作為基本時(shí)間計量系統被廣泛應用?！坝捎诘厍蜃赞D速度非均勻，目前不再作為一個(gè)均勻的時(shí)間基準?！倍矽i碩介紹。

1967年召開(kāi)的第13屆國際度量大會(huì )決定啟用基于銫原子鐘導出的時(shí)間，作為時(shí)間計量標準。原子鐘是目前世界上已知最準確的時(shí)間測量和頻率標準。

“‘原子時(shí)’的優(yōu)點(diǎn)是穩定性好、誤差非常小，它連續運行30萬(wàn)年，誤差在1秒之內，也就是說(shuō)，每一天的時(shí)間快慢誤差不超過(guò)千萬(wàn)分之一秒?！倍矽i碩說(shuō)。

此外，目前國際上常用的時(shí)間系統除了“世界時(shí)”和“原子時(shí)”外，還有“協(xié)調世界時(shí)” 。段鵬碩介紹說(shuō)，“原子時(shí)”與“世界時(shí)”的時(shí)刻之差在0.9秒以?xún)鹊臅r(shí)間尺度即為“協(xié)調世界時(shí)”，如果大于0.9秒，就要跳秒，即閏秒。

“這里，‘協(xié)調世界時(shí)’先用調頻再用閏秒實(shí)現與‘世界時(shí)’的約束，這樣‘協(xié)調世界時(shí)’既能夠保持原子時(shí)的均勻特性，也能兼顧‘世界時(shí)’與地球自轉的性能?！倍矽i碩說(shuō)，我們的手機等移動(dòng)設備使用的正是“協(xié)調世界時(shí)”，一日時(shí)長(cháng)減少1.5毫秒，還遠沒(méi)達到0.9秒，所以手機時(shí)間不需要調整。

段鵬碩說(shuō)，少了1.59毫秒也算不上多特殊，因為，在一定的時(shí)間段內，觀(guān)測的日長(cháng)變化數據出現局部最小值點(diǎn)是必然的，以后比-1.59ms還小的時(shí)刻，很可能還會(huì )出現。

來(lái)源：科普時(shí)報

作者：史詩(shī)

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