地球一天长度的变化

本文转自:科普中国
在不少人的认知中 , 地球自转一周就是一天 , 地球上的一天就是24小时 。但事实并非如此 , 严格来说 , 地球上每一天的长度都存在些微差异 。
地球一天长度的变化
文章图片

文章图片

英国《皇家学会数学与物理学分会学报》的一份报告指出 , 在过去的27个世纪里 , 每一天的时长都在增加 , 每世纪的日长增幅约为1.8毫秒 。根据之前的预估 , 地球每日时长的增幅约为2.3毫秒 , 也就是说每520万年日长就会增加1分钟 。虽然这些数据只是大致推测 , 但也说明地球自转的动力并非恒定不变 。
20世纪之前 , 人们曾认为地球自转如同精准的时钟一样 , 旋转速度恒定 。在天文学上 , 这种以地球自转为基础的时间计量系统被称为“世界时” 。随着科技的飞速发展 , 观测技术在20世纪取得了巨大进步 , 观测精度也不断提高 , 据此天文学家确认了地球自转速度并非恒定 , 而是不均匀的 , 世界时的传统概念被打破 。
通过进一步研究 , 人们发现地球自转速度的变化共分为三种:长期变慢、不规则变化和周期变化 。长期变慢是指每世纪的日长都在增加 , 增幅大约为1至2毫秒;不规则变化是指地球自转速度保持着长期减缓的趋势 , 但短期内转速时快时慢;周期性变化分为很多种 , 比如由太阳的潮汐作用引起的季节性变化、月球的潮汐作用引起的一个月或半个月的短周期性变化等 。
地球一天长度的变化
文章图片

文章图片

地球绕太阳公转一周是一年 , 由于地球绕太阳的轨道不会改变 , 因此地球上一年的时长是基本不变的 。但是有很多因素会影响地球自转的速度 , 比如月球潮汐力、地球两极冰盖消减对地球形状的改变、地幔和地核之间的电磁交互作用以及海平面的改变等 。鉴于地球自转速度的不均匀 , 世界时系统无法准确地计量时间 。1960年 , 历书时系统取代了世界时系统 , 以地球公转运动周期(回归年)为基准 , 定义回归年长度(365.2422日)的1/31556925.9747为1秒 , 称为历书秒 , 86400历书秒为1天 。1967年 , 国际计量委员会又决定以原子时系统取代历书时系统 , 使得时间计量更为均匀 。
【地球一天长度的变化】虽然历书时、原子时系统要比世界时系统更为稳定 , 但人们的生活规律终究需要纳入与昼夜变化规律相关的世界时系统 。而世界时系统与历书时、原子时系统存在着时间长度差 , 并且在长期累积后差距会越来越大 。为了解决这一矛盾 , 国际计量局统一规定 , 自1972年起 , 在每年年底或年中 , 对世界时增加或减去1秒 , 以平衡因地球自转不均匀性所造成的日常变化 , 称为闰秒 , 由原子钟算出 。如果世界时的时刻落后于原子时 , 则需要添加闰秒 , 以保证世界时系统与原子时系统时刻差异维持在1秒以内 。