地球自轉為什麼「不趕趟兒」了？

2015年1月12日，中科院國家授時中心預告， 2015年6月30日（格林威治時間）實施一個正閏秒，全世界的鐘錶都需要撥慢一秒鐘。

閏秒並不罕見，從1972年至今，已經進行了25次閏秒的調整。為什麼要閏秒？在這幾天各種媒體的密集科普中，我們得知，地球自轉變慢，日子越變越長，「世界時」與「原子時」出現了「鐘差」，需要調整統一，不然大約幾千年以後，人類的使用時間將與自然時間出現近1小時的「時差」——太陽的東升西落將推遲一個小時。

地球自轉為什麼「不趕趟兒」了？「地球實際是個每時每刻都在變化的不安分的調皮孩子」，有學者這樣形容地球的自轉，引起這些變化的原因多種多樣，從科學家們已經發現的「蛛絲馬跡」中，我們一起來探究地球自轉的「秘密」。

長期趨勢：變慢

大約100年後，地球上每天增加1.8毫秒

「從遠古時代起，地球上的人類就以每天太陽東升西落來計算時間。也就是說，這是將以太陽為參考點的地球自轉周期作為人們生產生活的時間判斷標準。」歷算專家、中科院南京紫金山天文台副研究員成灼在接受媒體採訪時表示。

一秒有多長，取決於一天有多長，也就是地球自轉周期。如果地球自轉周期是穩定不變的，嚴格地1日旋轉1周，那麼計量時間的世界時單位1秒（即1/86400日）就是固定不變的。但科學家們發現，這把測量時間的「尺子」並不準確。

研究發現，長期來看地球的自轉變慢了，南京大學天文學系教授蕭耐園介紹說，大約100年後，地球上每天就要增加1.8毫秒，並且這1.8毫秒是一個加速度。

證據：古生物鐘留下時間的痕迹

地球自轉變慢，日子越變越長，目前的天文觀測和古生物化石的研究都印證了這一點。

在很多門類的化石的表壁上，有類似樹木「年輪」的痕迹，被稱為古生物鐘，可以用來當作計時器。因此，很多門類的化石都是地質時代的見證物。為什麼在這些化石上能顯示出歲月呢？古生物鐘學家提出了各種各樣的學說，包括潮汐在海洋生物身上留下的痕迹，動物定時進食造成的線索，或是生育周期出現的標誌，但古生物鐘究竟是如何形成的，科學家仍在積極地探索。

根據「古生物鐘」的研究發現，地球和自轉速度在逐年變慢。如在4.4億年的晚奧陶紀，地球公轉一周要412天；到4.2億年前的中志留紀，每年只有400天；3.7億年前的中泥盆紀，一年為398天。到了億年前的晚石炭紀，每年約為385天；6500萬年前的白堊紀，每年約為376天；而現在一年只有365.25天。據天體物理學的計算，證明了地球自轉速度正在變慢。

在很多門類的化石的表壁上，有類似樹木「年輪」的痕迹，被稱為古生物鐘，可以用來當作計時器。根據「古生物鐘」的研究發現，地球和自轉速度在逐年變慢。

1963年威爾斯觀察到現代珊瑚中一年生長的骨胳上有大約360條很細的生長線，並指出這些生長線實際上可能是每天生長周期的標誌。威爾斯研究了產於泥盆紀和石炭紀保存良好的標本，他發現石炭紀珊瑚年生長線為385—390圈，而泥盆紀珊瑚則有400圈左右（385—410條之間）。這與用天文學方法求得的各地質時期每年的天數大體相等。

成因複雜，地球自轉動能或被潮汐消耗

地球自轉變慢雖然證據確鑿，但原因卻很複雜。除了地殼運動，被廣泛提及的一點是天體之間的摩擦。地球是宇宙中的一顆星球，自轉速度受到太陽系中各行星運轉及其相互引力的影響，專家表示，太陽和月亮的潮汐力作用引起了摩擦，產生的熱量被耗散掉，消耗了地球自轉的動能，使得其轉動變慢。

另外，在20世紀20年代，天文學家發現了地球自轉周期性變化的一些規律，由於地球上的季節性氣流和洋流的運動，造成了地球自轉在春季慢一些、在秋季快一些。此外，地表河流、水汽侵蝕，甚至人類活動都會對地球自轉產生影響。

偶然因素：加快

地震使自轉時間出現微秒級變化

2011年3月11日，日本本州島附近海域發生8.9級地震（後修正為9.0級），這次日本地震是1900年以來第5大強震。在一篇關於這次地震的文章中指出，根據美國宇航局（NASA）地球物理學家葛羅斯(Richard Gross)的計算，它導致地球每天的自轉時間減少了1.6微秒。有心的讀者應該還記得，類似的情況在2010年智利地震之後也出現了，當時的計算結果是地球自轉時間減少1.26微秒。而2004年發生在蘇門答臘的地震，則使得地球自轉快了6.8微秒。

一般我們想像中的地球是一個光滑精緻的球體——珠穆朗瑪峰的海拔高度（8848米）只相當於地球半徑（6400千米）的千分之一，我們手中的乒乓球都比地球表面粗糙得多。不過，地球並不是一個完全不變形、強度無限大的剛體玩具。眾所周知的「板塊構造學說」就認為整個地殼是個支離破碎的結構，並且各部分還在不停地相互擠壓衝撞。我們所見到的高原山峰、巨大海溝就是板塊運動的傑作。地震也是這種運動的形式和後果之一。

地震為什麼會使地球自轉加快？文章中這樣解釋，對於旋轉的地球來說，其自轉速度的快慢跟它的轉動慣量有關。簡單的來說，轉動慣量就是質量乘以半徑的平方。地殼運動（包括地震）會影響地球內部的物質分布。一般來說，正如水向低處流，物質傾向於向地心方向運動，這樣地球的轉動慣量就會減小，從而使地球的轉動速度加快。

閏秒調整：一秒的代價

正像我們前面所說，因地球自轉速度在不斷減慢，依地球自轉而訂的世界時與原子時有時無法保持一致。為此，人們發明了調整方法，令時間保持準確。

全世界有那麼多定位衛星，還有數不勝數的基於時間提供服務的機構，要讓世界各國在同一個瞬間增加一個閏秒，絕非易事。稍有疏忽，電腦、手機、空中交通管制和金融交易市場就會因時間誤差而導致混亂。而且，基於閏秒出現的無規律性和不可預知性，要在設備上預留「置閏」設置也非常麻煩。總而言之，為了多一個「嘀嗒」，全世界要多付出許多人力財力成本。更難的是，隨著全球化的深入，一旦有一兩個國家拒絕採用閏秒、或者沒有精確完成置閏，許多高精度系統就無法在全世界範圍內實現銜接。

不「閏」行不行，今年或見分曉？

既然閏秒的代價不小，那麼取消閏秒，擯棄由地球和太陽構成的「天然大鐘」，在軍事、商業、科學測繪等各個領域徹底採用原子時行不不行？

中國科學院上海天文台原台長、上海市天文學會名譽理事長趙君亮曾在接受採訪使表示，如果取消閏秒，完全按照原子時生活，將「割裂人類生活的時間與大自然之間的內在聯繫。」有人這樣描述原子時：「作為科技進步的產物，全面採用原子時，意味著人們可以完全擺脫地球自轉與日月更替，孤獨地奔跑在向前的路上。」

根據國際計量局測算，如果沒有閏秒，約5000年後原子時將和世界時差1小時。在更遙遠的未來，原子時意義上的正午，對應的景象則是滿天星斗，這樣一來，許多歷史記載中的「某年某月某日某時，發生某事件」，將很難令後人理解，因為「某時」在彼時，對應的已經是完全另外一副景象。「這種局面意味著人類對於伴隨自我進步的『時間文化』的一次拋棄」。

閏秒是去是留？這場爭論從1999年開始持續至今，在2012年1月的國際電信聯盟無線通信全會上，決定把「最後決定時刻」推遲到今年。

專家分析，用「閏分」或「閏時」來取代閏秒可能是個比較好的折中方案。如採用閏分，大約100年調整一次；閏時則是5000多年調整一次。比起每隔若干年就要調整一次的閏秒，這樣至少不太折騰。

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