身边的天文学
【200毫秒等于多少秒 200毫秒是多少秒】今年年初 , 来自中国科学院国家授时中心、英国国家物理实验室时间频率组等机构的研究人员表示,从2020年的年中以来,地球的自转速率呈加快的趋势 。我们知道,地球自转会逐渐变慢,怎么突然变快了呢?难道说地球也想让2020年快点过去,早些进入2021年?
潮汐使地球自转变慢
地球为什么会有自转?在太阳系形成之初,新生的太阳周围围绕着旋转的气体和尘埃盘 。尘埃微粒最开始因摩擦起电而聚集成团,后来又在引力作用下,通过碰撞吸积而增大 , 这个碰撞的过程,使行星产生了自转 。对珊瑚化石生长线的研究表明,在远古地质年代 , 地球自转速率比现在更快 。3.2亿—4亿年前的泥盆纪,当时的1年差不多是400天;6500万年前,1年约为376天 。并没有证据表明年长(和地球的公转周期相关)会发生大的变化,因此天数的减少表明在遥远的过去 , 地球自转得更快 。此外,日长由寒武纪时的不足21小时,逐渐增加到了现在的24小时 。
导致地球自转变慢的因素是潮汐,它是由于月亮、太阳对地球的引潮力造成的 。月亮引发的潮汐要比太阳显著得多 。古人很早就发现,第二天涨潮的时间比前一天平均要推迟大约50分钟,这正是每天月亮升起推迟的时间 。东汉王充在《论衡》中曾指出:“涛之起也,随月盛衰,大小满损不齐同 。”
潮汐传播的方向为自东向西 , 与地球自转方向相反 。它会引起海水和浅海海底摩擦,也引发地球内部固体物质的内摩擦 。摩擦产生热量并散发出去,消耗了地球自转的动能,就像给地球踩了“刹车”一样,使得自转逐渐减慢 。日长每过100年大约增长0.00164秒 , 而且这一趋势仍在继续 。由于地月系统的角动量守恒,在地球自转变慢的同时,地月距离正以每年3.8厘米的速率递增 。
什么使地球自转变快
除了极长时间尺度上的变慢趋势以外,在19世纪20年代 , 人们发现地球自转还存在短期的不规则变化 , 时快时慢,一年当中日长的变化幅度可以达到2毫秒 。这种变化的原因目前还没有定论,可能来自地幔与地核之间的角动量交换或海平面变化等因素,以及由太阳风力矩或与地磁场耦合等因素引起 。
按照角动量守恒定律,地球的自转角动量基本上是不变的 。所以如果地球的质量分布发生变化 , 就可能改变它的自转速率 。以花样滑冰来做类比:当冰面上张开手臂旋转着的运动员把手臂缩回时,她的旋转速度会加快 。地球也一样,当物质向更中心聚集时,自转就会变快 。例如地震通常会使得大量物质沉积到地下更深处,2011年日本沿海发生9级地震 , 使日本本州岛向东移动了大约2.4米,并使得日长缩短了1.8微秒 。
从2020年的年中开始,地球自转正在加快,一天的时长经常短于86400秒 。2020年7月19日这天短了1.4602毫秒——这是有记录以来最短的一天 。地球可能正在经历时间跨度为几年到几十年的不规则变化,这些变化或许是地表质量分布的变化引起的 。以冰川和冰盖的融化为例 , 南极冰盖是地球上最大的单体冰块,含有约3000万立方千米的冰,重量大约3万万亿吨 , 海拔大约在2400米—2700米 。当冰盖融化进入海洋时,地球的质量就进行了重新分配,物质相比于之前更靠近中心,地球自转就会变快一点儿 。当然,这个影响是非常微弱的,不会改变自转长期变慢的趋势 。
会不会引发负闰秒
日常生活中 , 我们手机、手表等使用的时间,叫做“协调世界时”(UTC) 。它的秒长来源于原子时,指位于海平面上的铯133原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁振荡9192631770个周期所持续的时间为1秒 。原子时由原子钟产生 , 是目前为止最均匀的计时系统 。现在的锶原子光晶格钟 , 稳定度已达10-18的量级,相当于160亿年不差一秒!
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