怎么回事？今年夏天地球突然轉得更快，科學家緊急應對

今年夏天，地球旋轉得更快，白晝略微縮短，吸引了科學家和計時員的注意。

根據國際地球自轉和參考系統服務局和美國海軍天文臺匯編的數據，7 月 10 日是今年迄今為止最短一天，持續時間不到 24 小時，時長為 1.36 毫秒。7 月 22 日和 8 月 5 日將出現更多異常短的天數，目前預測分別比 24 小時短 1.34 和 1.25 毫秒。

一天的長度是地球繞其軸完成一整圈所需的時間——平均 24 小時或 86,400 秒。但實際上，由于各種因素，例如月球的引力、大氣的季節性變化和地球液態核心的影響，每次自轉都略有不規則。因此，旋轉一整圈通常需要略短或略多于 86,400 秒的時間——僅幾毫秒的差異，對日常生活沒有任何明顯影響。

然而，從長遠來看，這些差異會影響計算機、衛星和電信，這就是為什么即使是最小的時間偏差也要使用 1955 年推出的原子鐘進行跟蹤。一些專家認為，這可能會導致類似于 Y2K 問題的情況，該問題有可能使現代文明停滯不前。

原子鐘計算時鐘本身內真空室中保持的原子的振蕩，以最精確地計算 24 小時。我們將結果時間稱為 UTC 或協調世界時，它基于大約 450 個原子鐘，是計時的全球標準，也是我們所有手機和計算機設置的時間。

天文學家還可以跟蹤地球的自轉——例如，使用衛星來檢查行星相對于固定恒星的位置——并且可以檢測到原子鐘的時間與地球完成一整圈實際所需時間之間的微小差異。去年，即 2024 年 7 月 5 日，地球經歷了自 65 年前原子鐘出現以來有記錄以來最短的一天，比 24 小時少了 1.66 毫秒。

“自 1972 年以來，我們的日子一直呈略快的趨勢，”斯克里普斯海洋學研究所 （Scripps Institution of Oceanography） 地球物理學名譽教授、加州大學圣地亞哥分校 （University of California， San Diego） 研究地球物理學家鄧肯·阿格紐 （Duncan Agnew） 說。“但也有波動。這就像看股市一樣，真的。有長期趨勢，然后有高峰和下降。

1972 年，經過幾十年相對緩慢的自轉，地球的自轉相對于原子時已經積累了如此大的延遲，以至于國際地球自轉和參考系統服務局要求在 UTC 中增加“閏秒”。這類似于閏年，閏年每四年在 2 月增加一天，以解釋格里高利歷與地球繞太陽公轉一圈所需的時間之間的差異。

自 1972 年以來，UTC 總共增加了 27 個閏秒，但由于地球加速，添加速度越來越慢;整個 1970 年代增加了 9 個閏秒，而自 2016 年以來沒有增加新的閏秒。

2022 年，國際計量大會 （CGPM） 投票決定到 2035 年停用閏秒，這意味著我們可能永遠不會看到時鐘上再增加一個閏秒。但是，根據 Agnew 的說法，如果地球在未來幾年內保持更快的旋轉速度，最終可能需要從 UTC 中去除一秒。“從來沒有負閏秒，”他說，“但從現在到 2035 年出現閏秒的可能性約為 40%。

是什么導致地球自轉更快？

阿格紐說，地球自轉的最短時間變化來自月球和潮汐，這使得衛星在赤道上空時旋轉得更慢，而在較高或較低高度時旋轉得更快。這種效應與地球在夏季自然旋轉得更快這一事實相結合——這是大氣本身由于季節性變化而減慢的結果，例如急流向北或向南移動;物理定律規定，地球及其大氣層的整體角動量必須保持恒定，因此大氣層損失的旋轉速度被行星本身拾取。

同樣，在過去的 50 年里，地球的液態核心也一直在減慢，而它周圍的固體地球也在加速。

通過觀察這些影響的組合，科學家可以預測即將到來的一天是否會特別短暫。

“這些波動具有短周期相關性，這意味著，如果地球在某一天加速，那么第二天也往往會加速，”物理學家、美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology）時間和頻率劃分研究員朱達·萊文（Judah Levine）說。

但是，隨著間隔越來越長，這種相關性就會消失。當你到了一年時，預測就變得相當不確定了。事實上，國際地球自轉和參考系統服務（International Earth Rotation and Reference Systems Service）不會提前一年進行預測。

Levine說，雖然短日子沒有任何區別，但最近短日的趨勢正在增加負閏秒的可能性。“當閏秒系統在 1972 年被定義時，沒有人真正想過負秒會發生，”他指出，這只是被放入標準中的東西，因為你必須這樣做才能完整。每個人都認為只需要正閏秒，但現在可以說，日子的縮短使（負閏秒）有發生的風險。

Levine 解釋說，負閏秒的前景引起了人們的擔憂，因為 50 年后正閏秒仍然存在持續的問題。“仍然有一些地方做錯了，或者在錯誤的時間做，或者（用）了錯誤的號碼，等等。這是用一個正閏秒來實現的，這已經一遍又一遍地做了。人們對負閏秒的擔憂要大得多，因為它從未被測試過，從未被嘗試過。

由于許多基礎技術系統都依賴時鐘和時間來運行，例如電信、金融交易、電網和 GPS 衛星，僅舉幾例，因此根據 Levine 的說法，負閏秒的出現有點類似于 Y2K 問題——上世紀之交，世界認為一種世界末日將接踵而至，因為計算機可能無法協商新的日期格式，從 '99' 到 '00'。

氣候變化也是導致閏秒問題的一個因素，但以一種令人驚訝的方式。雖然全球變暖對地球產生了相當大的負面影響，但就我們的計時而言，它有助于抵消加速地球旋轉的力量。Agnew 去年在《自然》雜志上發表的一項研究詳細介紹了南極洲和格陵蘭島的冰融化如何蔓延到海洋中，減慢了地球的自轉速度——就像溜冰者雙臂舉過頭頂旋轉一樣，但如果手臂緊緊貼在身體上，旋轉速度會變慢。

“如果冰沒有融化，如果我們沒有發生全球變暖，那么我們可能已經出現了負閏秒，或者我們將非常接近它，”阿格紐說。據美國宇航局稱，自 1993 年以來，來自格陵蘭島和南極洲冰蓋的融水導致全球海平面上升的三分之一。

根據位于瑞士蘇黎世的瑞士聯邦理工學院土木、環境和測繪工程系助理教授 Benedikt Soja 領導的研究，這種融化的冰的質量轉移不僅導致地球自轉速度的變化，還導致地球自轉軸的變化。如果變暖繼續下去，其影響可能會變得占主導地位。“到本世紀末，在悲觀的情況下（人類繼續排放更多的溫室氣體），氣候變化的影響可能會超過月球的影響，而月球在過去數十億年里確實推動了地球的自轉，”Soja 說。

目前，考慮到對地球自轉行為的長期預測的不確定性，可能有更多的時間來準備行動是有幫助的。“我認為（更快的旋轉）仍在合理的范圍內，因此這可能是自然變化，”Soja 說。“也許幾年后，我們可能會再次看到不同的情況，從長遠來看，我們可能會看到地球再次放緩。那是我的直覺，但你永遠不知道。