有句話叫“地球離了誰都照樣轉”,在一般人看來這就是真理。因為一天的長度一直都是24小時,不管發生什麼事,地球自轉速度看上去都雷打不動。然而事實可能與想象有出入,科學家通過觀測發現了一個驚人的現象:地球比以前轉得更快了!
地球自轉正在加速?
7月29日,地球再次打破了50多年來的最短日紀錄,一天的長度已不到24小時,而是少了1.59毫秒(1毫秒就是1秒的千分之一)。說“再次打破”是因為地球自轉加速的現象并不是剛剛發生的,在2020年就已經開始打破自1969年以來的最短日紀錄,當年最短的一天是7月19日,比24小時少了1.47毫秒。
相信肯定會有人對此嗤之以鼻:與24小時相比,1.59毫秒的時間微乎其微,人類根本感覺不到,簡直就是大驚小怪。然而實際上地球轉速變化帶來的影響超乎想象,會波及現代社會的方方面面,甚至關系到你的生活。在描述這些影響之前,咱們先得搞清楚一個問題:是什麼力量推動了地球自轉加速呢?
7月29日的一天長度比24小時少了1.59毫秒
在數十億年前地球剛剛形成的時候,它就有一個自轉初速度。由于宇宙空間幾乎是真空的,阻力可以忽略,如果不受其它天體影響,而且地球内部也沒有什麼變化的話,根據角動量守恒定律,自轉速度應該是保持不變的。然而事實上并非如此,地球自轉會受到很多因素的影響。
最大的影響力當然是來自月亮。月球圍繞地球公轉,質量僅有地球的81分之一,但由于離得比較近,月球引力仍然會對地球造成巨大的影響,最明顯的就是潮汐現象。海水是液體,大洋的海平面會被月球引力拉起,從而形成漲潮和落潮。其實不止是海水,地球上的固體也有潮汐,隻是不太明顯。
月球通過潮汐對地球産生作用
月球需要27.32天才繞地球轉一圈,其公轉的方向與地球自轉相同。如此以來,月球引力就會通過潮汐拖慢地球的自轉速度,同時與地球的距離也在逐漸增加。在月球形成後的漫長時間裡,地球自轉幾乎一直在被月球拖着減速。根據推算,在月球剛形成的時候一個地球日僅有5小時,而在距今14億年前,一天隻有18小時。
除了月球引力之外,地球轉速還會受到其它天體撞擊的影響。最極端的例子就是45億年前地球或曾遭受了一次巨大的撞擊,很可能導緻了月球的誕生。而地球自轉周期也從2.5小時瞬間增加到了5小時。除了這次撞擊之外,那些經常光顧地球的隕石也會改變其轉速,隻是變化比較小,而且方向是随機的。
“忒伊亞”撞擊地球的假說,這次撞擊産生了月球
除了其它天體之外,地球自身也會影響自轉速度。内部的地核、地幔結構如果發生了變動,會導緻密度分布改變,造成自轉速度變化。而地球外面包裹着一層厚厚的大氣層,在地球轉動時,大氣層也會跟着轉動,但卻會受到一個科氏力的影響,形成“地轉風”。在這一過程中,大氣層對地面有摩擦作用,從而減慢地球的自轉速度。
說到這裡,估計很多網友都要提出質疑了:前面講了這麼多因素,似乎地球自轉一直是在減速,為什麼現在又說自轉變快了呢?這是由于月球和大氣層對自轉的減速作用是緩慢而長期的。7000萬年前的白垩紀時期,一天的長度約23.5小時,相當于每年隻增加了0.026毫秒。
大氣層也會拖慢地球自轉
因此,如果地核内外層、海洋、潮汐運動和大氣層發生了某種變化,就有可能造成地球在短時期内加速旋轉。還有一些研究人員則認為這與“錢德勒擺動”有關。錢德勒擺動是指地球自轉軸相對于地球表面的小幅度運動。由于地球不是一個标準球體,如果自轉軸發生變化,轉動慣量會發生微小的變化,從而影響自轉速度。
不管是什麼原因,地球自轉在近年來确實有所加快,現在一天的時間也比24小時少了1.59毫秒。這一點幾毫秒的時間,對人類社會能造成什麼影響呢?比想象中的要更大!首當其沖的就是負閏秒問題。
地球自轉軸會發生微小的變化
現在的計算機、通信系統乃至智能手機都通過網絡時間協議(NTP)服務器來獲取準确的時間,而NTP的時間來自于協調世界時(UTC),它通常使用原子鐘來獲取時間。原子鐘通過原子的共振頻率來計時,誤差非常小,1億年的誤差不超過1秒。
但是由于地球自轉不均勻,一天的長度并不是嚴格的24小時,而是每天都有誤差。這種誤差積累地多了,甚至會和原子鐘的時間差出1秒。為了使UTC時間與地球自轉一緻,就需要在添加或減掉1秒,被稱為正閏秒或負閏秒。這一操作一般會在年底或年中進行。
自1972年以來,閏秒已經出現過27次,由于地球自轉的長期趨勢是在減慢,所以這27次一直都是添加正閏秒。上一次是2017年1月1日7時59分60秒。當“正閏秒”發生時,一分鐘将有61秒,例如在23:59:59之後不是00:00:00,而是會多出一個23:59:60。
地球自轉減慢會産生正閏秒
正是這多出的一秒鐘,經常會對計算機和網絡造成困擾,甚至引發災難性的影響。2012年,社交網站Reddit因為閏秒而遭遇一次大規模停機,用戶在30到40分鐘内無法訪問此網站,工程師不得不重啟服務器。2017年,美國雲安全網絡公司Cloudflare受閏秒影響,導緻托管在該公司的部分網絡資源暫時脫機。
針對閏秒問題,谷歌曾于2011年提出“閏秒彌補”方案,也就是通過調整網絡時間協議(NTP)服務器,每次更新時增加幾毫秒,彌補閏秒多出來的那一秒鐘,以保證服務器能夠正常運行。這一方法能夠比較好地解決正閏秒問題,然而現在地球自轉忽然又加速了,在未來有可能産生負閏秒,此時“閏秒彌補”就無能為力了。
負閏秒有可能會對計算機網絡産生嚴重影響
由于至今為止UTC時間還沒有産生過負閏秒,一旦要進行減去1秒的調整,後果難以預料,很難保證計算機系統不出現問題,一些人甚至預言會出現大規模的癱瘓,特别是通訊、金融等行業,有可能帶來極其嚴重的影響,甚至會影響到我們的日常生活。
除了負閏秒之外,地球自轉加速還可能造成全球定位系統(GPS)的誤差。GPS衛星使用的是原子鐘,并沒有考慮到地球不斷變化的自轉速度。如果地球自轉加速1毫秒,就意味着赤道地區的位置會多移動0.46米,從而導緻GPS定位産生誤差。因此GPS衛星的時間也要進行校正。
地球自轉加快,能“多活幾天”嗎?
不過,對于吃瓜群衆來說,這些問題顯得過于遙遠。不少網友在得知地球自轉速度加快後,表示這也不失為一件好事,因為這就意味着可以多活幾“天”了。對此人馬君專門計算了一下,結論是想得太美。如果按人均壽命80歲,每天比24小時縮短1.59毫秒,也就才多活了“0.0005天”而已。
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