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身边的天文学 江 敏:为什么日子越过越长?天文学家这样说
2017年10月26日 10:15 来源:《科技日报》 作者:江 敏 字号

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  太阳每天东升西落,这是地球自转运动的结果。昼夜更替、不同时区之间所存在的时差也是如此。那么地球是如何自转的?地球自转速率是恒久不变的吗?我们所感受到的日长又是如何受到影响的?

  地球就像一个陀螺,以一条连接南北极的假想直线为轴不停地旋转,这就是地球自转运动。地球自转轴的北向始终指着北极星的方向,从侧面看,地球自转的方向是自西向东运动。

  以遥远的恒星为参照物,地球自转一周约需要23小时56分4秒;以太阳为参照物,地球自转一周则需要24小时,即一天。大约一百多年前,科学家通过观察月球运动,发现了地球自转速率不是永恒不变的,而是不停地变化着,即日长是个不断变化的数值,而不是一个常数。自有记录以来,地球自转的速率缓慢地变慢,日长不断变长。地球日长变长则白天和黑夜时间都变长了,人们的作息习惯需要重新调整;此外,一年中的天数变少了,日历要重新编写。

  从古天文资料中可以看出日长存在长期变化,但长期变化速率尚不能确定。随着空间大地测量技术的发展,用人卫激光技术和激光测月得到的数据,方才精确确定日长的长期变化速率为2.24±0.08毫秒/世纪。也许有人认为日长变化的速率太微小,对普通人来说,“嘀嗒”一声1秒就过去了。但是,对于使用精密时间的部门来说,仅仅1秒的误差却可以造成很大的影响。比如宇宙飞船1秒钟飞行将近8公里,如果时间上差了1秒,就可能出现极大的误差。

  引起日长变化的原因很复杂。潮汐摩擦会导致地球自转速率长期减慢。经研究发现,除了长期变慢的趋势,地球自转速率还存在周期性的变化。

  近年来,科学家通过对地球内部性质的研究,发现以十年乃至几十年为周期的日长变化主要由于地核和地幔间的耦合作用以及液核的运动造成。随着天文望远镜技术的不断发展,科学家观测发现,太阳、月亮以及其它行星的运动,对周期大于十年的日长波动也有较大的贡献。其次,由于赤道附近的海气相互作用(如厄尔尼诺、拉尼娜现象等),导致了日长在年际尺度上的波动。由于大气的周期性变化,使得日长也存在相应的规律变化。

  虽然日长存在各种周期的变化,但变化的量级很小。对于使用精密时间的部门来说,需要进行相关修正,但对日常生活则不会产生太大的影响,我们仍然是每天看太阳东升西落,依然是“日出而作,日入而息”。

  (作者系中科院测量与地球物理研究所副研究员。)

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