每天，太陽(yáng)都會(huì)完成一次東升西落。雖然太陽(yáng)看起來(lái)在天上緩慢運(yùn)動(dòng)，每小時(shí)大概走15°，但這其實(shí)是地球本身在繞著地軸自轉(zhuǎn)造成的，太陽(yáng)相對(duì)于地球而言保持不動(dòng)。斗轉(zhuǎn)星移，天上星辰的轉(zhuǎn)動(dòng)也是同樣的道理。
每天持續(xù)的時(shí)間是24小時(shí)，即86400秒，這是根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)周期來(lái)定義的。然而，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)地球從2020年開始突然加速自轉(zhuǎn)，導(dǎo)致一天的時(shí)間已經(jīng)不到24個(gè)小時(shí)。至于背后的原因，其實(shí)與人類有關(guān)。那么，地球的自轉(zhuǎn)速率是如何被渺小的人類加快的呢？
我們平時(shí)所說(shuō)的一天24小時(shí)指的是太陽(yáng)日，也就是太陽(yáng)接連兩次出現(xiàn)在中天（太陽(yáng)高度角最大時(shí)）的時(shí)間間隔。另一方面，地球繞自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)360°的時(shí)間其實(shí)只有23小時(shí)56分4.1秒，這個(gè)時(shí)間被稱為恒星日，可以看作遙遠(yuǎn)恒星連續(xù)兩次到達(dá)中天的時(shí)間間隔。
之所以兩個(gè)時(shí)間有大約4分鐘的差異，是因?yàn)榈厍蛟谧赞D(zhuǎn)的同時(shí)，還在軌道上繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)厍蚶@軸了轉(zhuǎn)了360°之后，地球也在近乎圓形的軌道上前進(jìn)了一定距離，所以地球還要再自轉(zhuǎn)59'，才能讓太陽(yáng)再次出現(xiàn)在中天。
為了便于人們生活，太陽(yáng)日被人為定義為24小時(shí)。但問題是地球的自轉(zhuǎn)速率不是勻速的，而是會(huì)受到各種因素的影響，比如小行星撞擊、季風(fēng)、月球的潮汐力。可以說(shuō)，地球每天自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間都是不一樣的，總體而言自轉(zhuǎn)速率變得越來(lái)越慢。
地球突然加速自轉(zhuǎn)
然而，地球突然從2020年開始加速自轉(zhuǎn)，當(dāng)年的7月19日成為過去數(shù)十年來(lái)人類已知時(shí)間最短的一天，比平時(shí)少了大約1.46毫秒，這意味著一天的時(shí)間不到24小時(shí)。
當(dāng)然，地球自轉(zhuǎn)周期縮短的時(shí)間很少，我們不可能通過普通的鐘表來(lái)測(cè)定出來(lái)。直到在上個(gè)世紀(jì)中葉，物理學(xué)家基于穩(wěn)定的原子共振頻率，發(fā)明了原子鐘，精確計(jì)量時(shí)間成為了可能。
目前，科學(xué)家已經(jīng)制造出了極為精確的銫原子鐘，每1.8億年的誤差僅為1秒。而不久前剛剛獲得2022年基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)的光晶格鐘，它的精度有了大幅提升，每150億年才會(huì)有1秒的誤差，要知道宇宙誕生至今也才過了138億年。
基于原子鐘的精確測(cè)量結(jié)果，地球確實(shí)越轉(zhuǎn)越快，一天的時(shí)間變短了。過去半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，地球最短的28天都出現(xiàn)在2020年，這使得當(dāng)年成為有記錄以來(lái)最短的一年。
雖然地球一天的時(shí)間只是縮短了毫秒級(jí)別，我們根本無(wú)法直觀感受到，但這確實(shí)會(huì)影響到人類。因?yàn)楹芏喔呔庠O(shè)備和儀器，比如通信衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，都要基于精確的時(shí)間戳。
為了消除地球自轉(zhuǎn)周期和原子鐘時(shí)間之間的差異，當(dāng)兩者相差0.9秒時(shí)，就會(huì)人為地給全世界的時(shí)鐘同時(shí)撥快或者撥慢1秒，這就是閏秒調(diào)整。過去，由于地球自轉(zhuǎn)速率每年都是在變慢，一天的時(shí)間都在變長(zhǎng)，所以要進(jìn)行加閏秒調(diào)整。
自1972年進(jìn)行第一次進(jìn)行閏秒調(diào)整以來(lái)，目前已經(jīng)調(diào)整了27次，每次都是加1秒。最近的一次加閏秒是在2016年12月31日，當(dāng)年的最后一秒是23時(shí)59分60秒。平時(shí)是不可能出現(xiàn)60秒的，都是從59秒直接調(diào)到下一分鐘的00秒。
但現(xiàn)在，地球的自轉(zhuǎn)速度突然加快，反而讓一天乃至一年的時(shí)間變短了。科學(xué)家預(yù)計(jì)，地球在2021年還會(huì)轉(zhuǎn)得更快，一天的時(shí)間變得更短，很有可能會(huì)成為有記錄以來(lái)最短的一年。
據(jù)估計(jì)，2021年平均每天的時(shí)間將會(huì)縮短0.2毫秒，一年將會(huì)累計(jì)縮短73毫秒。相比之下，過去地球自轉(zhuǎn)速度變慢時(shí)，每天能夠延長(zhǎng)超過1毫秒，一年累計(jì)延長(zhǎng)可達(dá)數(shù)百毫秒，例如，在1994年，平均每天延長(zhǎng)2.19毫秒，當(dāng)年累計(jì)延長(zhǎng)了800毫秒。如果地球自轉(zhuǎn)速度繼續(xù)變得更快，未來(lái)還要考慮負(fù)閏秒調(diào)整。
地球突然加速自轉(zhuǎn)的原因是什么？
這背后的原因其實(shí)很復(fù)雜，但有一點(diǎn)跟人類活動(dòng)有關(guān)，人類對(duì)此要負(fù)責(zé)。由于人類大肆排放二氧化碳，加劇了溫室效應(yīng)，引發(fā)全球變暖，近年來(lái)幾乎每年都在不斷刷新最高的大氣二氧化碳濃度和溫度紀(jì)錄。
隨著全球氣溫不斷升高，地球兩極的冰川融化越來(lái)越嚴(yán)重，每年估計(jì)有多達(dá)1.2萬(wàn)億噸的冰消失掉。這些冰融化成水之后，最終將會(huì)流入海洋中，導(dǎo)致全球海平面每年上升3.6毫米。
由于冰川融化成水，讓地球上的質(zhì)量進(jìn)行重新分布，質(zhì)量更接近地球中心，從而導(dǎo)致地球加速自轉(zhuǎn)。以滑冰運(yùn)動(dòng)員為例，當(dāng)他在原地旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果把張開的手臂收起來(lái)，他的自轉(zhuǎn)速度就會(huì)加快。反之，如果他把抱緊的手臂張開，自轉(zhuǎn)速度就會(huì)變慢，這就是角動(dòng)量守恒定律。
早在2007年，馬克斯·普朗克氣象研究所的科學(xué)家就已經(jīng)預(yù)言了這種現(xiàn)象。全球氣溫升高的趨勢(shì)還沒有得到逆轉(zhuǎn)，冰川的加速融化會(huì)讓地球自身“抱得越來(lái)越緊”，從而讓地球越轉(zhuǎn)越快。
地球未來(lái)會(huì)轉(zhuǎn)得多快？
盡管如此，人類活動(dòng)對(duì)于地球自轉(zhuǎn)速度的影響只是暫時(shí)的。從長(zhǎng)期角度來(lái)看，地球自轉(zhuǎn)變慢的總體趨勢(shì)不會(huì)變化，真正起到主宰作用的是月球引力對(duì)地球產(chǎn)生了潮汐作用。
地球在45億年前剛形成時(shí)，一天的時(shí)間大約只有5小時(shí)，而月球距離地球還不到2.5萬(wàn)公里。在月球引力的作用下，地球朝向和背離月球的兩側(cè)產(chǎn)生了潮汐隆起。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)時(shí)，與潮汐隆起部分就會(huì)有摩擦作用，從而導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度逐漸降低。由于角動(dòng)量守恒，地球的自轉(zhuǎn)角動(dòng)量減少，月球的公轉(zhuǎn)角動(dòng)量就會(huì)增加，所以月球的距離會(huì)變遠(yuǎn)。
到了35億年前，地球的一天已經(jīng)延長(zhǎng)到了12小時(shí)。6.2億年前，地球上剛出現(xiàn)動(dòng)物時(shí)，地球的一天變成了21小時(shí)。到了1億年前的恐龍時(shí)代，一天延長(zhǎng)到了23小時(shí)。如今，一天已經(jīng)變成了24小時(shí)。
未來(lái)，地球自轉(zhuǎn)速率還會(huì)進(jìn)一步放慢，一直慢到一天相當(dāng)于現(xiàn)在的47天。到了那時(shí)，月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期也都延長(zhǎng)到這個(gè)時(shí)間，地球和月球就像冥王星和卡戎那樣，彼此之間互相潮汐鎖定，它們永遠(yuǎn)都以相同一面對(duì)著彼此。只不過，那一天的到來(lái)還要再過很久很久的時(shí)間，估計(jì)是在百億年之后。
