令人困惑的地球自转速度

令人困惑的地球自转速度

天体绕着自己的轴心转动被称之为自转，地球自转一周的时间大约是23小时56分4秒，亦即我们所说的“一日”。

过去，人们一直以为地球自转是均匀的，因为我们很难察觉出地球的自转运动。直到17世纪末，著名的天文学家哈雷发现了月球公转的加速运动，才使德国科学家康德开始怀疑月球的加速实质是地球自转长期减慢一种反映，而地球自转的长期减慢则是由于地球上的潮汐摩擦引起的。可惜因为康德缺少定量计算，又因为没有太阳和行星的“加速运动”作证，所以这种正确的论断在当时并未被普遍接受。

后来，由于人们观测天体技术的提高，常常发现天体的观测数据总是和理论推算不相符合，这就使人们对地球自转的均匀性产生了怀疑。直到20世纪初发现了太阳的加速现象，人们才重又提出地球自转速度长期减慢的事实，并开始探讨其原因。

1929年，人们制造出了精度非常高的石英钟（日差万分之一秒），用它测定地球自转周期，进一步证实地球自转运动是不均匀的，有长期变化、季节变化和不规则变化。地球自转周期有长期变慢的现象，在100年里，一日的长度大约增长千分之一秒到千分之二秒。由于一日的变长不太显著，所以只有经过长期积累才会产生影响。

对珊瑚化石的研究也为地球自转的减慢提出了有力的佐证。1963年，美国古生物学家韦尔斯对珊瑚化石“日轮”的研究结果进行了报道，他说，在4亿年前泥盆纪时代的珊瑚化石上，每一“年轮”中有400条“日轮”，说明当时一年有400天左右。而在3.2亿年前的石炭纪时代的珊瑚化石上，则有380条“日轮”，说明当时一年有380天左右。目前珊瑚相邻“年轮”之间则仅有365条环纹，正好和现在一年的天数相等。如果地球绕太阳运动的轨道不变，它公转一周的时间就不大可能有变化，这样，泥盆纪时的一天就只有21小时54分，石炭纪时一天也只有23小时多一点。

目前，人们不再怀疑，地球自转速度在变慢这一事实，然而对其变慢的原因却有不同的解释。

除了康德提出的月球对地球所产生的潮汐摩擦是减慢地球自转周期的原因外，最近又有人提出了新见解，认为潮汐摩擦主要发生在浅海区。另外，地球半径的胀缩，地核的增生，地核与地慢之间角动量的交换以及海平面和冰川的变化等，都可能引起地球自转的长期变化。但这些课题，目前还处在进一步的探索过程中。

随着研究的不断深入，人们发现地球自转速度有在春天慢20～25毫秒，秋天又快20～25毫秒的年变化。对此，有人解释为主要是季风和洋流周期性地搬迁地表质量引起的，即上半年有搬往低纬的质量，而下半年则相反，由于角动量守恒，制约了地球自转的速度变化。但也有人认为这种变化是由地面上气团移动引起的，并作了形象的解释：每年春夏季节有几十亿吨水由于蒸发变成水气进入高几百米、几千米的高空，这仿佛是地球伸向宇宙空间的许多手臂，于是使地球自转速度减慢。地球自转好像一个溜冰的人在旋转，当他两臂伸展时，旋转速度就要变慢。同一道理，在秋冬季节，大气中的水气回复为地表水，好像地球收缩许多手臂，地球自转速度便又加快起来。以上两种解释哪种更科学还有待证实。

在发现转速周期变化的同时，科学家还发现地球自转有时快时慢的不规则变化。这些变化有的表现平缓，可能也与地核地幔之间的角动量交换有关。但有的却是急骤的突变。如在美国华盛顿和里士满两个地方，曾测得地球转速在1957年、1961年和1965年等都有明显突变。这到底又是什么缘故？它的物理机制至今还令人费解。

有人推测海一气的交互作用可能会引起几周到几月尺度内的转速突变。然而这种观测资料却很小。地震与地球转速变化的关系人们比较关心。在我国，据一些资料表明，季节性的转速变化和某些构造与地震似乎有关联，这对预测地震很有意义。但在1963年的千岛群岛大地震，1964年的阿拉斯加大地震前后，都没有地球转速明显变化的表现。看来，在地球自转速度变化的成因上，困惑人们的问题还是不少。