地球自转更快 我们要“加速”过年？

今年年初，中国科学院国家时间服务中心、英国国家物理实验室时间与频率组等机构的研究人员表示，从2020年中期开始，地球自转速率一直在加速。我们知道，地球自转会逐渐变慢。怎么会突然变快？地球也希望2020年快点过去，早点进入2021年是真的吗？

潮汐减缓了地球的自转

地球为什么自转？在太阳系形成之初，新生的太阳被气体和尘埃的旋转圆盘所包围。起初，尘粒由于摩擦和带电而聚集成一组，然后在重力作用下通过碰撞吸积而增加。这个碰撞过程导致行星旋转。对珊瑚化石生长线的研究表明，在古代地质时代，地球自转速度比现在快。3.2-4亿年前的泥盆纪，一年差不多400天；6500万年前，一年大约是376天。没有证据表明衰老(与地球公转周期有关)会发生很大变化，所以天数减少说明地球在遥远的过去自转速度更快。另外，日长也从寒武纪的不到21小时逐渐增加到现在的24小时。

潮汐是造成地球自转缓慢的因素，是月球和太阳的潮汐力造成的。月球引起的潮汐比太阳引起的潮汐要显著得多。古人很早就发现，第二天涨潮的时间比前一天平均推迟了50分钟左右，而这正是月亮每天晚起的时间。东汉王充曾于《论衡》指出：“自道初起，随月兴亡，大小全亏。”

潮汐从东向西运动，与地球自转方向相反。能引起海水与浅海海底的摩擦，也能引起地球内固体物质的内摩擦。摩擦力产生热量并耗散掉，消耗了地球自转的动能，就像踩了“刹车”，使自转逐渐变慢。天数每100年增加约0.00164秒，而且这种趋势还在继续。由于地球-月球系统角动量守恒，地球和月球之间的距离以每年3.8厘米的速度增加，而地球的自转速度减慢。

是什么让地球旋转得更快

除了在很长的时间尺度上有减缓的趋势外，在19世纪20年代，发现地球自转有短期的不规则变化，有快有慢，一年中日长的变化幅度可达2毫秒。这种变化的原因目前还没有确定，可能是地幔与地核的角动量交换或海平面变化引起的，也可能是太阳风矩或与地磁场耦合引起的。

根据角动量守恒定律，地球自转的角动量基本不变。所以如果地球的质量分布发生变化，可能会改变自转速率。拿花样滑冰打个比方：在冰上双臂张开旋转的运动员收回双臂时，她的旋转速度会增加。地球也是如此。当物质向中心聚集时，它的旋转变得更快。例如，地震通常会导致大量物质沉积在地下更深处。2011年，日本沿海发生9级地震，导致日本本州岛东移约2.4米，昼长缩短1.8微秒。

从2020年中期开始，地球自转加速，一天的持续时间往往短于86400秒。2020年7月19日短了1.4602毫秒，是有记录以来最短的一天。地球可能正在经历几年到几十年时间跨度的不规则变化，这可能是由地表质量分布的变化引起的。以冰川和冰盖融化为例，南极冰盖是地球上最大的单个冰块，含冰约3000万立方公里，重约3万亿吨，海拔约2400-2700米。当冰盖融化到海洋中，地球的质量重新分配，物质比以前更靠近中心，所以地球自转更快。当然，这种影响非常微弱，不会长期改变慢旋的趋势。

会造成负面影响吗

在我们的日常生活中，我们使用手机和手表的时间被称为协调世界时(UTC)。当它的第二长度来自原子时，意味着位于海平面的铯133原子在零磁场中基态的两个超精细能级之间的9192631770个跃迁振荡周期持续1秒。原子时是由原子钟产生的，原子钟是目前为止最统一的计时系统。目前锶原子光学晶格钟的稳定性已经达到10-18的数量级，相当于160亿年。

虽然以地球自转为基础的天文时间(即宇宙时间)并不像原子时那样统一，但在导航定位、天文测量和深空探测等各个领域，在我们的日常生活中，离不开天文时间。所以天文台在用原子钟保持原子时的同时，也在不断通过天文观测确定世界时间。当它们的预测时间差超过0.9秒时，在国际原子时中插入一个闰秒，使它们一致。这个时间系统是协调世界时。可以理解，我们的时钟时间在宏观上是天文时间，在微观上是原子时间。秒针以原子时间的频率跳动，但必须始终在天文时间左右。这种协调的意义在于，两种时间的差别永远不会超过一秒，可以使人的作息与自然节奏同步。

据中科院国家授时中心研究员窦忠统计，自1958年1月1日起，协调世界时比国际原子时慢了37秒。自1972年协调世界时诞生以来，闰秒已进行了27次，均为“正闰秒”——，加1秒。也就是说，近50年来地球自转速率一直在减缓。

地球自转速度加快会导致历史上第一次“负闰秒”吗？这取决于这个过程是否会继续。虽然从2020年中期开始，地球自转速度比以前略快，速度和持续时间也比以前大，但截至2020年12月6日，协调世界时仍比原子时慢200毫秒左右。但是“负闰秒”要求比原子时间快近900毫秒实现，所以下结论还为时过早。2021年1月7日，国际地球自转服务组织(IERS)发布了第61期C公报，称到2021年6月底不会出现“闰秒”。未来会出现负闰秒吗？我们拭目以待。