我們常説2020年是糟心的一年,不平凡的一年,地球貌似也聽到了人類的呼喚,這一年地球竟然自轉加速了,地球也想快快的轉過2020年。
地球轉快了,太陽日也就跟着變短了,不再是24小時(86400秒),太陽日指的是太陽出現在天穹頂的位置到下一次出現在天穹頂的位置所需要的時間。
而我們的世界時(也就是我們的鐘表)時間並沒有調整,依舊是按照24小時過一天,所以對我們來説真實的時間並沒有變快,我們還是在按照既定的時間過日子。
那麼我們是否可以置之不理,不管地球是轉快,還是轉慢我們就照常按我們的鐘表生活。
很明顯這是不可以的,因為地球自轉加速,太陽時短於24小時,而我們還按照24小時過一天,長此以往,我們鐘錶時間(世界時)明顯會慢於太陽日;
這樣會導致很嚴重的影響,例如太陽在天空中出現的位置會提前,甚至是早晨8點鐘的時候,太陽都會出現在頭頂的位置。(文後會解釋為什麼)
地球自轉從大的方面來説其週期是十分穩定的,但是它並非是一個絕對的常數,我們能夠精確到毫秒(1毫秒等於0.001秒)級別來測量地球的自轉週期的變化,得益於原子鐘的出現。
這種鐘錶依靠原子規律的震盪來計時的,可以説非常準確,數千萬甚至億年誤差不會超過一秒,自從上世紀的60年代我們就利用原子鐘來測量地球的自轉週期;
也就是觀察遙遠的背景恆星出現在夜空同一位置所需要的時間,科學家發現地球的自轉一圈所需要的時間總是在毫秒級別上輕微的大於86400秒,也就是比24小時長一點。
但一直以來我們一天所使用的時間是24小時,也就是世界時比太陽日短,所以為了規避這個誤差,我們就發明了閏秒。
在特定的時間裏,把我們的鐘表撥快一秒。也就是人為加上一秒。自1972年以來,我們已經給我們的世界時,加了27次閏秒。最後的一次是2017年1月1日7時59分59秒,直接將時間改到了59分60秒。
但是現在看來我們未來一段時間內不再需要正閏秒了,甚至需要增加負閏秒。也就是在特定的時間內給世界時,減去一秒,保證和太陽日對準。
因為自2020年以來地球自轉加快,轉一圈不再需要24小時了,也是毫秒級別的波動,例如:2020年7月19日,這一天比整整24小時短了1.4602毫秒,是有記錄以來最短的一天。
上一次出現這種情況是2005年7月5日,這一天地球自轉用時比24小時少了1.0516毫秒。
所以科學家預測在未來,尤其是2021年這種情況還會持續且加劇,一年中平均每天會比24小時短0.05毫秒。
因此有些人已經提出現在不需要正閏秒了,看來要引入負閏秒了。也就是在規定的時間給世界時減去1秒。
看到這裏你肯定很困惑,為什麼地球自轉會加速?
地球自轉每天的時間都在波動,並不是一直在減小或者增加,但是平均一年來説,我們就可以看出地球整體是轉的快了還是慢了。
很明顯2020年、以及現在的2021年,地球整體轉快了。
這裏的問題是,我們已經總是聽説,地球的自轉在減速,因為月球潮汐制動的原因。確實沒有錯,從長遠的方向來看,地球是在減速,例如地球剛誕生的時候自轉一圈也就是6個小時;
恐龍年代地球自轉一圈也就是23小時,現在地球轉一圈基本在24小時。減速的大方向沒有錯,未來,也就是數億年以後,地球自轉一圈可能會是25個小時。
但是在小的週期內,例如數年、數十年,地球的自轉速度是會發生微小的波動的(毫秒級別),這是因為地核的冷卻導致的地殼收縮、以及海洋、大氣等一些複雜因素引起的。
在某種程度上人類的活動也會影響地球的自轉速度發生微小的波動,例如人類導致的冰川融化、地球表面質量的分佈變化等等。
不過我們放心,自轉加速並不是未來地球的主旋律,大的方向上還是會持續減速的。
下面我們再説下為什麼非要添加正閏秒或者是負閏秒?
上圖是地球軌道的一些情況,地球繞太陽的橢圓軌道、自西向東的公轉和自轉、黃道平面以及赤道平面的夾角等等。
地球的自轉和公轉給我們帶來了一天的晝夜交替和一年中的季節變化。同時我們根據地球的自轉和公轉規定了一天(24小時)和迴歸年的時間(365天或者366天)。
現在我們着重説下一天24小時是怎麼來的?
要了解這個問題,我們需要仔細的看上圖。
我們一般認為一天的24小時是地球自轉一圈的時間,其實並不是的,地球自轉一圈所花費的時間為23小時56分4.09秒。
也就是地球上的一個點從起始位置開始轉一圈,再回到起始位置,就代表地球轉了一圈。也就是上圖中第二天地球上白色的點與紫線重合。
但是如果我們以這樣的時間規定一天的話,第二天紫色的點就不會指向太陽的中心了。這樣就會造成第二天正午十分,太陽在天空中的位置偏向東邊,而不會像第一天一樣出現在天穹頂的位置。
到第三天,太陽會更低,更偏向東邊,第四天、第五天...,已經中午12點了,可能還是黑夜,太陽還沒出來。
這樣的時間根本無法指導人們的生產生活。
因此我們規定一天的時間是:太陽在天穹頂的位置,到第二天繼續達到天穹頂所需要的時間。也就是上圖中,那個紫色的點,必須每天轉到指向太陽中心的位置才算一天。
而地球額外轉的這個角度來自於它每天會在公轉軌道上前進小於1°的距離,這個距離會花費3分56秒。所以這樣算下來地球自轉一個太陽日就大約需要24小時。
但上文説了,地球自轉不是常數,它有時慢有時快會發生波動。因此我們使用的24小時也只是個近似數。
雖然每天只是毫秒級別的誤差,但一天時間,數年時間的累計也會造成我們的世界時和太陽日出現較大的偏差,導致太陽出現在天空中的位置不準確。所以我們需要用閏秒來平衡這個差距。
至於現在地球自轉的加速對人類有何影響,我覺得這沒啥影響,因為這完全就是正常的自然現象。大不了我們引入負閏秒就完事了。
以後地球自轉變慢了,再引入正閏秒。