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”?( 二 )


比如 , 2020年出现了28个最短地球日 。 其中2020年7月19日 , 地球以24小时差1.47毫秒自转一周 , 创下当年的最短地球日纪录;在2022年6月29日 , 这一纪录被打破 。
平劲松说 , 一个合理的解释是 , 温室效应加剧引发全球变暖 , 地球两极和高海拔地区冰川融化 , 全球海平面每年上升约3毫米 , 地球上的物质进行重新分布 , 导致整体绕自转轴的转动惯量减小 , 地球的自转加速 。
在感官上 , 人类很难感受到地球自转速率的变化 。 然而 , 对于人类使用的各种高精度仪器和设备 , 这种毫秒级的变化相当重要 。 例如 , 地球自转速率和自转轴的变化 , 对于建立精准动态地球坐标参考系统至关重要 , 也决定了卫星导航、定位和定轨的精确性 。
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 。
钱德勒摆动的机制是百年难题
钱德勒摆动是地球自转轴的摆动 , 由美国天文学家塞斯·卡洛·钱德勒于1891年通过天文观测发现 , 摆动幅度在地球表面为3—9米 , 摆动周期约14个月 。
“钱德勒摆动不直接导致地球自转加速 。 ”北京大学特聘副研究员杨翼表示 , 二者有一定的相关性 , 但是二者之间的因果性还不太明确 。 其实 , 地球系统内部的物质迁移和角动量交换 , 均可导致地球自转轴的位置和自转的速率发生变化 。
地球是不均匀椭球体这一特征 , 被视为导致钱德勒摆动的原因之一 。 但事实上 , 钱德勒摆动作为地球摆动的一部分 , 其激发机制是地球科学界的百年难题 。 科学家们提出了潮汐作用、与液态地核的动量交换、大地震等机制 , 也会导致钱德勒摆动 。 此外 , 科学家发现钱德勒摆动的幅度 , 还与大气层、海洋等有关 。
美国航天局喷气推进实验室的研究者曾提出 , 钱德勒摆动是由大气层和海洋运动耦合驱动导致的 。 他们的电脑模拟显示 , 海底的压力波动占总驱动的三分之二 。 但是至少到目前为止 , 还没有哪种运动能固定驱动钱德勒摆动 。
杨翼介绍 , 科学家们成立了国际地球自转服务协会 , 其任务之一就是定期测量地球自转轴的指向 , 监测钱德勒摆动 。 由于钱德勒摆动是地球自转轴在地表的摆动 , 这样就会引起地球纬度的变化 。 国际上早在1899年成立了国际纬度观测所 , 长期监测纬度变化来获取钱德勒摆动信息 。 我国天津纬度站、上海佘山天文台等机构均参与了该国际计划 。
(来源:科技日报)

推荐阅读