【人类经历原子钟计时以来最短一天，地球自转为何也在“赶时间”？】长期来看 ， 地球自转趋于变慢 ， 科学家预计再过1亿年 ， 一天可以增加半小时；而在稍短的时间尺度内 ， 比如未来几万年或几十万年 ， 随着月球的潮汐力减弱等 ， 地球自转减速则会趋缓 。
8月25日 ， 第二届中国空间科学大会在山西太原举办 。 会上 ， 原子钟作为一个重要话题被提及 。
作为最精确的计时工具 ， 原子钟在人类计时史上作出了不少贡献 ， 而在不久前 ， 有科学家利用高精度原子钟记录了迄今最短的一个地球日 。
一般来说 ， 一个地球日约为24个小时 。 可是在今年的6月29日 ， 地球自转一周的时间却比24小时少了1.59毫秒 ， 成为原子钟计时以来最短的一天 。
地球自转一周的时间缩短 ， 意味着地球的自转加速 。 根据《亚洲—大洋洲地球科学学会年度会议报告》 ， 科学家们认为此次地球的自转加速是由钱德勒摆动导致的 。
那么 ， 原子钟计时是什么原理？地球自转真的在加速吗？钱德勒摆动是如何产生的？近日 ， 记者就这些问题采访了相关专家 。
世界上最准确的计时工具
“常见的时间系统有3种 ， 分别是以地球自转周期为基准的世界时（UT）、以地球绕太阳公转周期为基准的历书时（ET）和以铯原子内部电磁振荡频率为基准的原子时（AT） 。 ”中国航天科技集团有限公司第五研究院510所研究员翟浩向记者介绍 。
时间系统的发展 ， 经历了从天文时发展到原子时的过程 。 天文时是指观测天文现象 ， 也就是日月星辰等天体的周期性运动得到的时间 ， 包括上面提到的世界时和历书时 。 原子时指的则是利用原子钟 ， 以原子吸收或释放能量时发出的电磁波为基准得到的时间 。
原子时萌芽于20世纪40年代末期 ， 诞生于20世纪50年代初期 。 1967年 ， 第十三届国际计量代表大会决定 ， 将秒的定义从天文秒改为原子秒 ， 即将铯原子零场基态超精细跃迁的9192631770个周期所持续的时间定为1秒 ， 称作原子秒 ， 并将1958年1月1日0点0分0秒作为原子时的计时起点 ， 从而开创了以微观量子跃迁为计时标准的新时代 。
翟浩表示 ， 原子钟常用的元素有铯、铷、氢以及碱土金属等 。 由于这类原子具有非常高精度的能级跃迁 ， 因此其输出的电磁波非常稳定 。 一系列的精密仪器控制这些电磁波 ， 使得原子钟的计时非常准确 。 典型的铯原子束频标的准确度为10-14量级 ， 比宏观计时的天文时准确度高了数个数量级 。 如此准确的原子时 ， 为天文、航海、航天等领域的发展提供了强而有力的保障 。
“从工作原理看 ， 原子钟是基于量子力学和原子物理等物理机理 ， 利用原子跃迁原理产生稳定而准确的时间频率信号的设备 。 ”翟浩表示 ， 原子钟分为微波原子钟和光钟两大类 ， 目前作为国际时间频率基准使用的铯原子喷泉钟 ， 属于微波原子钟 ， 其准确度已经达到很高的指标 。 中国计量科学研究院的铯原子喷泉基准钟NIM6的频率不确定度优于5.8×10-16 ， 相当于5400万年不差1秒 。 中国科学院国家授时中心等单位的光钟也达到了国际先进水平 ， 系统不确定度达到了5×10-17 ， 相当于6亿年不差1秒 。
世界时与地球自转关系密切 ， 地球自转加快 ， 则世界时加快 ， 地球自转减慢 ， 则世界时减慢 。 因此 ， 随着时间的迁延 ， 原子时和世界时两种时间尺度的差距将会越来越大 。
目前国际通用的标准时间叫做协调世界时（UTC） ， 它是以原子时的秒长为基础 ， 在时刻上尽量接近于世界时的一种国际时间计量系统 。 每当原子时和世界时两者之差逐年积累达到0.9秒时 ， 协调世界时就通过正负1闰秒的方式弥补误差 ， 同时保持时间尺度的均匀 。
地球自转短期加快但长期减缓
当前 ， 地球自转的平均周期是23小时56分04秒 。 有学者研究认为 ， 地球刚刚诞生的时候自转速度非常快 ， 一天仅8小时；到了恐龙时代 ， 地球的一天已有23.5小时；而恐龙时代到现在的1亿多年时间里 ， 地球自转的平均周期共变长约30分钟 ， 即平均每年变长约16.4微秒 。
中国科学院国家天文台研究员平劲松表示 ， 伴随着地球的动力学演化 ， 地球自转从几十亿年前开始就有减缓趋势 。 研究表明 ， 最近的减缓速率约为每世纪2毫秒 。 地月引力的固体潮汐拖拽作用 ， 减慢了地球自转 。
根据原子钟的精确测量结果 ， 今年地球越转越快 ， 一天的时间变短了 。 平劲松强调 ， 事实上 ， 近半个世纪以来 ， 地球自转在长期放缓的趋势下 ， 有着短周期的起伏 ， 即地球加速旋转 。
推荐阅读
- 科学家们为何怀疑外星人在背后操纵地球？发现太阳系三处“异常”
- 世界的诺贝尔奖获得者你知道是谁吗
- 被国家禁止的武器，甚至有科学家用蝙蝠做实验，最后以失败告终
- 每一种科学都有与哲学有关系？
- 科学家提出“成本相对较低 ”的计划 希望地球的两极温度降低2°C
- 科学家通过采集细菌来创造“活的”合成细胞
- Drug X跨越鸿沟：一个生物科学家的新药研发跋涉记
- 美国公司计划发射金星探测器：探测火箭在爆炸前有5分钟时间寻找生命
- 地球上曾有过上千亿人，所以泥土就是由腐尸构成的？