一天24小时,时间对世界上所有的人都是非常公平的。但是有时候,一天并不是一整24小时。6月29日,科学家记录到地球自转速度突然加快,一天的时间缩短了多达1.59毫秒,成为人类有记录以来最短的一天。

那么,到底发生了什么?为什么转速会增加?一天的持续时间变短会对现代文明产生什么影响?

地球自转

因为地球的自转,我们看到太阳、月亮、星星在西方升起、落下,这是我们感知地球自转最直接的方式。正是因为地球在旋转,昼夜才发生变化。在此基础上,人类将一天分为24小时。

值得强调的是,24小时并不是地球绕其自转轴自转所需的时间。实际上,地球完成360°自转不到24小时,大约是23小时56分04秒。这个时间称为恒星日,即地球上某一点连续两次与一颗遥远的恒星对齐所需的时间。由于恒星距离太阳系非常遥远,可以作为宇宙中相对固定的参考点。

太阳离地球比较近,如果以太阳为参照物,需要考虑地球公转的影响。地球以30 km/s的速度绕太阳旋转,要让太阳连续两次出现在天空中间(太阳一天中高度角最大时),地球实际上需要旋转361°左右,所以多花了4分钟左右。这个周期也叫太阳日,是我们生活中使用的一天的长度。

地球自转变慢很长一段时间。

由于月球和太阳的引力对地球产生潮汐摩擦,地球的自转速度不断变慢。短期内,这种变化小到我们无法感知。但从地质时间尺度来看,变化还是很明显的。

早在45.4亿年前,刚刚诞生的原始地球自转一周只需要5个小时。而35亿年前,地球自转周期已经变成了12小时。到了14亿年前,进一步延长到19个小时。1亿年前,地球的一天已经是23小时了。

地球自转的异常加速

地球自转变慢是一种自然趋势,但随着能够精确计时的原子钟的出现,科学家们意外地发现,地球有时会突然加速自转。铯-133原子钟是主流原子钟,计时精度达到了1亿年,误差小于1秒。更先进的核钟,如钍-229核钟,可以实现更高精度的计时。理论上3000亿年误差不到一秒。

自从原子钟出现以来,科学家们已经多次记录下少于24小时的时间。最近的最短纪录是在2020年7月19日,将一天的持续时间缩短了1.47毫秒。在那一年,总共有28天不足24小时。

2022年6月29日,地球自转再次加速,出现了有史以来最短的一天,持续时间比平时少1.59毫秒。7月26日也是很短的一天,比24小时短1.5毫秒。

为什么地球会加速自转?

地球自转加快的原因有很多,其中一个与人类有关。由于人类活动排放大量温室气体,全球变暖加剧,两极和高山的冰川大量融化,这些水大量注入海洋,从而加快了地球的自转。这就像原地旋转的滑冰者在收紧双臂的时候会越转越快。

除了人类有责任的原因,“钱德勒摆动”也被认为加速了地球的自转。天文学家钱德勒发现,地球的自转轴不是固定的,而是会相对两极轻微摆动9米,周期为433天。这是钱德勒的摆动,也可能缩短地球的一天。

如果地球的一天变短了呢?

自20世纪60年代以来,地球自转速度总体上一直在放缓。所以科学家需要加上闰秒,人为的加一秒,把不应该存在的时间设定在23:59:60。闰秒之前已经加了27次,上一次是在2016年。

但近年来,地球自转速度不断加快,导致一天不到24小时的情况越来越多。虽然只有不到1毫秒,但会影响卫星原子钟与地球自转周期的同步,从而带来意想不到的影响。尤其是导航卫星,由于信号是以光速传播的,光速可以达到每秒30万公里,乘以毫秒时间,这会造成导航卫星的定位误差很大。

如果地球继续加速自转,科学家可能要考虑闰秒还原操作,人为地从一天中删除一秒,这样时间就可以从23:59:58直接跳过59秒,进入第二天。然而,并不是所有人都支持这个提议。有人认为负闰秒是70年代过时的想法,可能会导致今天的数据程序和技术出现未知的bug和宕机。

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