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地球的自轉速度為何越來越慢?過去的半個世紀你多擁有27秒時間
2023/10/17

我們都知道,地球自誕生之日起就一直在自轉,如今已經自轉了46億年時間,那麼地球為什麼會自轉呢?

在大約46億年前,在太陽系以及八大行星形成的過程中,就開始自轉了。

任何一個恒星系統(當然也包括太陽系)在形成初期,都是由各種氣體,塵埃等組成,而且質量分布非常不均勻,在引力的作用下,氣體塵埃等物質會向內發生坍縮,當質量和引力足夠大時會發生核聚變,一顆恒星就誕生了。


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在向內坍縮的過程中會形成龐大的吸積盤,形成吸積盤的過程是不對稱的(因為質量不均勻,引力也不均勻),就會發生旋轉帶有最原始的角動量,這些角動量就會一直保留直到今天,太陽地球等天體就會不停地旋轉。

當然除了最終原始角動量的詮釋之外,還有其他假說,比如說大碰撞學說。有科學家認為,在地球形成早期(原始地球),一顆火星大小的行星猛烈撞擊地球,碰撞讓地球失去了一部分,成為了月球。同時碰撞也讓地球獲取了額外的角動量。


地球自轉的速度并不是一成不變的,比如說一億多年前的恐龍時期,地球自轉的速度就比現在要快很多。那麼有哪些因素會影響地球自轉的速度呢?

除了剛才所說的天體碰撞,還有其他自然因素。

首先就是潮汐作用,主要來自我們的月球。我們都知道,月球的一面總是朝向地球,這種現象就是「潮汐鎖定」,來自潮汐力。


潮汐作用最直接的體現就是地球上大海的潮起潮落,在這個過程中,地球的形狀會在圓形和橢圓形之間來回變換,產生的凈力矩會拉拽我們的地球,地球的自轉速度就會因此而變慢。

潮汐作用是相對的,并不只是月球對地球有潮汐作用,地球對月球也會潮汐作用。隨著地球自轉速度越來越慢,終有一天,地球也會出現一面永遠朝向月球的情況。

這里有個問題,地球的自轉速度變慢,意味著損失了一部分角動量,那麼損失的角動量到哪里去呢?

簡單講,這部分角動量轉移給了月球,準確地說到了月球的軌道,月球軌道的角動量升高了,表現出來就是月球的軌道升高了,意味著月球距離地球越來越遠。

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事實上也正是如此。科學家們發現,我們的月球遠離地球的速度大約每年3厘米多。

除了外部因素外,地球自身某些結構的改變也會影響地球的自轉速度,比如說海嘯,地震等。

說到角動量,現實中一個非常直觀的體現,那就是花樣滑冰。看過花樣滑冰的小伙伴應該都知道,運動員經常會在滑冰時做圓度旋轉的動作,這個動作的一個物理學核心就是角動量守恒。運動員會用力先給自己一個角動量,也就是讓自己快速自轉,緊接著會把張開的雙臂收起來,結果就是運動員的自轉速度加快,這就是角動量守恒的直接體現。

地球和運動員旋轉的原理是相同的,質量分布的變化會影響地球自轉速度。比如說2011年的日本強烈地震就影響到了地球的自轉速度,讓地球自轉速度加快了,不過變化非常微弱。

雖然不同的因素會造成地球自轉速度變慢或者變快,但整體來看,地球自轉速度是不斷變慢的。因為潮汐力的作用是很大的,同時也是持續性的,而地球自身的活動,比如說地震海嘯等只是偶爾發生,尤其是強烈的地震海嘯。


根據科學家計算,每一百年時間,地球每天的時長大約會增加1.7毫秒,也就是每年0.6秒,別看0.6秒非常短,但億萬年之后,時間的變化就會很明顯體現起來。

既然地球一天的時間越來越慢,怎麼才能把增加的時間調整過來呢?

這并不是大問題。每隔幾年,全球會統一修改地球上的時間,這就是「閏秒」。從上世紀70年代開始到今天,科學家為了調整地球時間,增加了27次閏秒,也就是說,過去的半個世紀里,地球自轉速度慢了大約27秒左右!

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