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為什么日子越過越長?天文學家這樣說

江 敏


  身邊的天文學

  太陽每天東升西落,這是地球自轉運動的結果。晝夜更替、不同時區之間所存在的時差也是如此。那么地球是如何自轉的?地球自轉速率是恒久不變的嗎?我們所感受到的日長又是如何受到影響的?

  地球就像一個陀螺,以一條連接南北極的假想直線為軸不停地旋轉,這就是地球自轉運動。地球自轉軸的北向始終指著北極星的方向,從側面看,地球自轉的方向是自西向東運動。

  以遙遠的恒星為參照物,地球自轉一周約需要23小時56分4秒;以太陽為參照物,地球自轉一周則需要24小時,即一天。大約一百多年前,科學家通過觀察月球運動,發現了地球自轉速率不是永恒不變的,而是不停地變化著,即日長是個不斷變化的數值,而不是一個常數。自有記錄以來,地球自轉的速率緩慢地變慢,日長不斷變長。地球日長變長則白天和黑夜時間都變長了,人們的作息習慣需要重新調整;此外,一年中的天數變少了,日歷要重新編寫。

  從古天文資料中可以看出日長存在長期變化,但長期變化速率尚不能確定。隨著空間大地測量技術的發展,用人衛激光技術和激光測月得到的數據,方才精確確定日長的長期變化速率為2.24±0.08毫秒/世紀。也許有人認為日長變化的速率太微小,對普通人來說,“嘀嗒”一聲1秒就過去了。但是,對于使用精密時間的部門來說,僅僅1秒的誤差卻可以造成很大的影響。比如宇宙飛船1秒鐘飛行將近8公里,如果時間上差了1秒,就可能出現極大的誤差。

  引起日長變化的原因很復雜。潮汐摩擦會導致地球自轉速率長期減慢。經研究發現,除了長期變慢的趨勢,地球自轉速率還存在周期性的變化。

  近年來,科學家通過對地球內部性質的研究,發現以十年乃至幾十年為周期的日長變化主要由于地核和地幔間的耦合作用以及液核的運動造成。隨著天文望遠鏡技術的不斷發展,科學家觀測發現,太陽、月亮以及其它行星的運動,對周期大于十年的日長波動也有較大的貢獻。其次,由于赤道附近的海氣相互作用(如厄爾尼諾、拉尼娜現象等),導致了日長在年際尺度上的波動。由于大氣的周期性變化,使得日長也存在相應的規律變化。

  雖然日長存在各種周期的變化,但變化的量級很小。對于使用精密時間的部門來說,需要進行相關修正,但對日常生活則不會產生太大的影響,我們仍然是每天看太陽東升西落,依然是“日出而作,日入而息”。

  (作者系中科院測量與地球物理研究所副研究員,圖片由作者提供)

責編:劉可

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