地球将于8月5日(周二)比平常提前1.33毫秒完成一次自转 。这使得这一天成为2025年时长最短的日子之一,时长为86399.99867秒 。
至于这种情况是如何发生的,以及我们为何能够如此精确地测量,或许也会让你头晕目眩 。
平均而言,地球实际自转一圈的时间为23小时56分4秒90.5毫秒,这被称为一个恒星日 。它是地球相对于深空遥远天体(如恒星)的 “真实” 自转 。
然而,大多数人所遵循的一天时长为24小时,这被称为太阳日,即两次日出或连续两次正午之间的时间 。多出的4分钟源于地球需多自转1度,达到361度,太阳才会再次出现在同一位置 。
2025年8月5日,这两种类型的一天都略短,这主要是由于地球大气中的风、海洋和岩浆中的流体循环,甚至月球的引力所导致的 。
自20世纪70年代起,人们便利用原子钟和天文学精确测量与24小时的偏差 。
在一年的时间里,这些变化会累积起来 。例如,1973年,偏差总和达到 +1106毫秒,这意味着地球的自转滞后了一秒多 。同年引入了闰秒来对此进行修正,即在一天结束时(23:59:60)给时钟增加一秒 。
计时需要极高的精度 。全球定位系统(通常称为GPS)能够精确确定你在空间中的位置,这不成问题 。但如果当天你所在的行星表面实际自转速度比预期略快或略慢,未经修正的GPS将无法知晓,你的位置就会与地图不匹配 。
1.33毫秒的偏差在赤道处会导致约62厘米的位置误差,所以如果1973年的累积漂移在一年内未得到修正,将会导致GPS误差约半公里 。
为何地球不会静止不动呢?
为了确定地球的自转速度,你需要找到一个理想情况下没有任何物体运动的参考系 。宇宙中的一切都相对其他物体运动,但我们看得越远,物体看起来就越静止 。就像你在火车上时,远处的山丘移动得较慢,而附近的农场则飞速掠过 。
幸运的是,存在一些极其明亮的天体,它们的光芒甚至超过整个星系 。这些就是类星体,它们在数十亿光年之外的宇宙中都清晰可见 。
类星体是超大质量黑洞,质量可达太阳的数十亿倍,其发出的光比我们整个银河系(银河系)还要多100到10000倍 。类星体在数十亿光年外的宇宙中可被探测到,在那里物体基本处于静止状态,因此它们就像宇宙信标 。
射电望远镜通过测量我们相对于这些类星体的位置,能够以亚毫秒级的精度得出地球的真实自转周期 。
这些超精确的观测也是计算机模型的起点,这些模型纳入了大气运动、海洋运动、天体运动等因素,以预测一天的长度 。这就是我们能够提前知晓哪一天较短,以及如何相应修正GPS的原因 。
地球大气中的风对每天的时长影响最大,这是由于风与陆地表面的碰撞,尤其是当它们撞击山脉时 。尽管听起来不可思议,但风实际上会以这种方式减缓地球的自转 。
地球的盛行风在北半球冬季速度最快,但在6月至8月速度最慢,因此夏季月份总是一年中白昼最短的时候(尽管我们通常会说这些是北半球 “最长” 的日子,因为它们的日照时间更长) 。
这些每日和季节性的变化只是在更广泛的减速趋势之上的短暂波动 。几十年来,极地冰盖的融化一直在减缓地球的自转 。要理解原因,可以想象一个旋转的芭蕾舞演员收回伸展的手臂,他们会开始转得更快 。像地球这样的旋转球体也是如此 。
地球是扁球体,这意味着赤道表面比两极表面距离地球中心远21.5公里 。随着气候变化导致极地冰盖融化,融水通过海洋从两极流向赤道 。海平面上升意味着水离表面更远,就像芭蕾舞演员将手臂伸回一样,这有助于地球减速 。地球质量的重新分布,包括地震,也会以类似方式改变..
月球虽然美丽,但在数十亿年的时间里却能产生巨大的拖曳作用 。地球的海洋因月球的引力而升高,但随着地球自转,升高的海洋在月球轨道上会稍微领先于月球 。但月球继续拉扯这些海洋,使其向后拖动,与地球的逆时针自转方向相反,从而使地球减速 。
地球的旋转能量并未消失,而是转移到了月球上,月球获得了轨道速度,这使得它能更好地逃离地球的引力,这就是为什么它每年以3.8厘米的速度远离我们 。我们一天的时长从25亿年前的17小时增加,主要是因为月球在漫长岁月中消耗了地球的角动量 。
从1973年到2020年(有精确测量数据的时期),地球的自转每年都在减慢,每年累积数百毫秒的滞后,这已经通过增加27个闰秒得到了调整 。
从2020年开始情况发生了变化,地球开始每年转得更快而不是更慢,这可能是地球内核与地幔之间角动量交换的结果,但也受到我们所探讨的众多其他运动的调节 。
7月5日、7月22日和8月5日被提前确定为今年一些自转最快的日子,因为除了地球的内部运动和大气风的季节性特点外,月球在轨道上的位置也会在每个轨道(每两周)使地球减速两次 。
这是因为当月球直接位于赤道上方时,其所有潮汐拖曳作用都沿东西方向,但在这些日期,月球位于最北和最南的位置,削弱了这种影响 。
你不会注意到日出提前了1.33毫秒,但对于精确的原子钟和以类星体为参考的天文测量来说,这将是显而易见的 。
詹姆斯·奥多诺霍,雷丁大学行星天文学、气象学研究副教授 。





涨知识了,原来地球自转有这么多门道!
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