整整10億年，地球一天的時間都被“鎖定”為19小時，誰干的？

一天有24個小時，這只是對于生活在現代地球上我們而言。科學家早已發現，在地球漫長的歷史中，其自轉速度一直在變慢，這也就意味著，在遙遠的過去，地球上的一天要比現在短得多。那么，是什么在減慢地球的自轉速度呢？這個問題有一個廣為人知的答案：月球。

其原理簡單來講就是，月球引力會在地球表面的海洋中形成明顯的潮汐隆起，由于地球自轉速度比月球公轉速度更快，因此這種潮汐隆起就會被地球帶著跑在地月連線的“前方”，如此一來，就會形成一個反向的扭矩，進而對地球的自轉形成一種阻力。

盡管這樣的阻力非常微小，但在漫長的時間里，地球的自轉動能仍然會被一點一點地消耗，其中一部分能量轉移給了月球，導致月球距離地球越來越遠，而地球自己則越轉越慢。

所以從這方面來講，在地球的歷史中，其自轉速度應該是逐漸變慢的，地球上一天的時間也應該始終具備一種逐漸變長的線性趨勢。

然而科學家通過大量分析遠古地質記錄，卻發現了一個奇怪的現象：在距今約20億年至10億年之間，地球自轉逐漸變慢的線性趨勢消失了，以至于整整10億年，地球上一天的時間都被“鎖定”為19小時左右。

也就是說，在這個時間段里，有一種力量阻止了月球對地球自轉的減速作用，這是誰干的呢？對此，科學家也非常感興趣，在經過深入研究后，他們給出了一種合理的解釋：這應該是太陽的杰作。咋回事呢？我們接著看。

需要知道的是，在白天的時候，太陽的光照會加熱地球的大氣，從而導致其發生膨脹，而到了晚上，地球大氣又會冷卻收縮，隨著晝夜交替，地球大氣就會產生一種巨大的周期性壓力波，為了方便描述，我們可以將其稱為“大氣熱潮汐”。

科學家表示，由于太陽輻射引起的大氣熱響應與地球自轉之間的相位差導致了一個前向的力矩，因此“大氣熱潮汐”實際上是對地球的自轉產生了一個加速的扭矩。

在大多數情況下，“大氣熱潮汐”產生的加速扭矩，都遠低于月球引發的海洋潮汐的減速扭矩，所以月球的“剎車”作用占據了主導地位，但在距今約20億年至10億年之間，情況卻不一樣。

具體來講，作為一種周期性壓力波，“大氣熱潮汐”在地球大氣中的傳播速度，與大氣的成分和溫度直接相關。根據科學家的研究，在那個時候，地球大氣的成分和溫度，使得“大氣熱潮汐”的傳播速度剛好與地球自轉速度相匹配。

在這樣的情況下，兩者就形成了一種微妙的“共振”現象，這會造成“大氣熱潮汐”對地球自轉的加速作用成倍增加，進而趕上了月球的減速作用。

于是一場持續了整整10億年的“拉鋸戰”就此上演，即：月球引發的海洋潮汐試圖讓地球的自轉慢下來，而太陽引發的“大氣熱潮汐”則試圖推著地球轉得更快，由于這兩股力量勢均力敵，因此地球自轉的減速過程就停滯了，而地球上一天的時間，也就被長期“鎖定”為19小時左右。

到了大約10億年前，地球經歷了一系列劇烈的環境波動（包括氣溫下降和大氣成分的改變），這種微妙的“共振”現象才終于被打破，在此之后，月球對地球自轉的減速作用再次占據了主導地位，于是地球的自轉“剎車”被重新踩下，地球上一天的時間也開始繼續緩慢增加，直到現在的24個小時。

值得一提的是，月球對地球自轉的減速作用至今仍未停止，它也因此在以每年大約3.8厘米的速度遠離地球，所以在未來，地球上一天的時間還會繼續增加，根據科學家的估算，在大約2億年后，一天的時間將會是25個小時。

參考資料：Mid-Proterozoic day length stalled by tidal resonance. Nat. Geosci. 16, 567–569 (2023). doi.org/10.1038/s41561-023-01202-6