今年夏天，地球旋轉(zhuǎn)得更快，白晝略微縮短，吸引了科學(xué)家和計(jì)時(shí)員的注意。

根據(jù)國(guó)際地球自轉(zhuǎn)和參考系統(tǒng)服務(wù)局和美國(guó)海軍天文臺(tái)匯編的數(shù)據(jù)，7 月 10 日是今年迄今為止最短一天，持續(xù)時(shí)間不到 24 小時(shí)，時(shí)長(zhǎng)為 1.36 毫秒。7 月 22 日和 8 月 5 日將出現(xiàn)更多異常短的天數(shù)，目前預(yù)測(cè)分別比 24 小時(shí)短 1.34 和 1.25 毫秒。

一天的長(zhǎng)度是地球繞其軸完成一整圈所需的時(shí)間——平均 24 小時(shí)或 86,400 秒。但實(shí)際上，由于各種因素，例如月球的引力、大氣的季節(jié)性變化和地球液態(tài)核心的影響，每次自轉(zhuǎn)都略有不規(guī)則。因此，旋轉(zhuǎn)一整圈通常需要略短或略多于 86,400 秒的時(shí)間——僅幾毫秒的差異，對(duì)日常生活沒(méi)有任何明顯影響。

然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些差異會(huì)影響計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星和電信，這就是為什么即使是最小的時(shí)間偏差也要使用 1955 年推出的原子鐘進(jìn)行跟蹤。一些專家認(rèn)為，這可能會(huì)導(dǎo)致類似于 Y2K 問(wèn)題的情況，該問(wèn)題有可能使現(xiàn)代文明停滯不前。

原子鐘計(jì)算時(shí)鐘本身內(nèi)真空室中保持的原子的振蕩，以最精確地計(jì)算 24 小時(shí)。我們將結(jié)果時(shí)間稱為 UTC 或協(xié)調(diào)世界時(shí)，它基于大約 450 個(gè)原子鐘，是計(jì)時(shí)的全球標(biāo)準(zhǔn)，也是我們所有手機(jī)和計(jì)算機(jī)設(shè)置的時(shí)間。

天文學(xué)家還可以跟蹤地球的自轉(zhuǎn)——例如，使用衛(wèi)星來(lái)檢查行星相對(duì)于固定恒星的位置——并且可以檢測(cè)到原子鐘的時(shí)間與地球完成一整圈實(shí)際所需時(shí)間之間的微小差異。去年，即 2024 年 7 月 5 日，地球經(jīng)歷了自 65 年前原子鐘出現(xiàn)以來(lái)有記錄以來(lái)最短的一天，比 24 小時(shí)少了 1.66 毫秒。

“自 1972 年以來(lái)，我們的日子一直呈略快的趨勢(shì)，”斯克里普斯海洋學(xué)研究所 （Scripps Institution of Oceanography） 地球物理學(xué)名譽(yù)教授、加州大學(xué)圣地亞哥分校 （University of California， San Diego） 研究地球物理學(xué)家鄧肯·阿格紐 （Duncan Agnew） 說(shuō)?！暗灿胁▌?dòng)。這就像看股市一樣，真的。有長(zhǎng)期趨勢(shì)，然后有高峰和下降。

1972 年，經(jīng)過(guò)幾十年相對(duì)緩慢的自轉(zhuǎn)，地球的自轉(zhuǎn)相對(duì)于原子時(shí)已經(jīng)積累了如此大的延遲，以至于國(guó)際地球自轉(zhuǎn)和參考系統(tǒng)服務(wù)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(yáng)公轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間之間的差異。

自 1972 年以來(lái)，UTC 總共增加了 27 個(gè)閏秒，但由于地球加速，添加速度越來(lái)越慢;整個(gè) 1970 年代增加了 9 個(gè)閏秒，而自 2016 年以來(lái)沒(méi)有增加新的閏秒。

2022 年，國(guó)際計(jì)量大會(huì) （CGPM） 投票決定到 2035 年停用閏秒，這意味著我們可能永遠(yuǎn)不會(huì)看到時(shí)鐘上再增加一個(gè)閏秒。但是，根據(jù) Agnew 的說(shuō)法，如果地球在未來(lái)幾年內(nèi)保持更快的旋轉(zhuǎn)速度，最終可能需要從 UTC 中去除一秒?！皬膩?lái)沒(méi)有負(fù)閏秒，”他說(shuō)，“但從現(xiàn)在到 2035 年出現(xiàn)閏秒的可能性約為 40%。

是什么導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)更快？

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

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

通過(guò)觀察這些影響的組合，科學(xué)家可以預(yù)測(cè)即將到來(lái)的一天是否會(huì)特別短暫。

“這些波動(dòng)具有短周期相關(guān)性，這意味著，如果地球在某一天加速，那么第二天也往往會(huì)加速，”物理學(xué)家、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（National Institute of Standards and Technology）時(shí)間和頻率劃分研究員朱達(dá)·萊文（Judah Levine）說(shuō)。

但是，隨著間隔越來(lái)越長(zhǎng)，這種相關(guān)性就會(huì)消失。當(dāng)你到了一年時(shí)，預(yù)測(cè)就變得相當(dāng)不確定了。事實(shí)上，國(guó)際地球自轉(zhuǎn)和參考系統(tǒng)服務(wù)（International Earth Rotation and Reference Systems Service）不會(huì)提前一年進(jìn)行預(yù)測(cè)。

Levine說(shuō)，雖然短日子沒(méi)有任何區(qū)別，但最近短日的趨勢(shì)正在增加負(fù)閏秒的可能性?！爱?dāng)閏秒系統(tǒng)在 1972 年被定義時(shí)，沒(méi)有人真正想過(guò)負(fù)秒會(huì)發(fā)生，”他指出，這只是被放入標(biāo)準(zhǔn)中的東西，因?yàn)槟惚仨氝@樣做才能完整。每個(gè)人都認(rèn)為只需要正閏秒，但現(xiàn)在可以說(shuō)，日子的縮短使（負(fù)閏秒）有發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

Levine 解釋說(shuō)，負(fù)閏秒的前景引起了人們的擔(dān)憂，因?yàn)?50 年后正閏秒仍然存在持續(xù)的問(wèn)題?！叭匀挥幸恍┑胤阶鲥e(cuò)了，或者在錯(cuò)誤的時(shí)間做，或者（用）了錯(cuò)誤的號(hào)碼，等等。這是用一個(gè)正閏秒來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這已經(jīng)一遍又一遍地做了。人們對(duì)負(fù)閏秒的擔(dān)憂要大得多，因?yàn)樗鼜奈幢粶y(cè)試過(guò)，從未被嘗試過(guò)。

由于許多基礎(chǔ)技術(shù)系統(tǒng)都依賴時(shí)鐘和時(shí)間來(lái)運(yùn)行，例如電信、金融交易、電網(wǎng)和 GPS 衛(wèi)星，僅舉幾例，因此根據(jù) Levine 的說(shuō)法，負(fù)閏秒的出現(xiàn)有點(diǎn)類似于 Y2K 問(wèn)題——上世紀(jì)之交，世界認(rèn)為一種世界末日將接踵而至，因?yàn)橛?jì)算機(jī)可能無(wú)法協(xié)商新的日期格式，從 '99' 到 '00'。

氣候變化也是導(dǎo)致閏秒問(wèn)題的一個(gè)因素，但以一種令人驚訝的方式。雖然全球變暖對(duì)地球產(chǎn)生了相當(dāng)大的負(fù)面影響，但就我們的計(jì)時(shí)而言，它有助于抵消加速地球旋轉(zhuǎn)的力量。Agnew 去年在《自然》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究詳細(xì)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(zhuǎn)速度——就像溜冰者雙臂舉過(guò)頭頂旋轉(zhuǎn)一樣，但如果手臂緊緊貼在身體上，旋轉(zhuǎn)速度會(huì)變慢。

“如果冰沒(méi)有融化，如果我們沒(méi)有發(fā)生全球變暖，那么我們可能已經(jīng)出現(xiàn)了負(fù)閏秒，或者我們將非常接近它，”阿格紐說(shuō)。據(jù)美國(guó)宇航局稱，自 1993 年以來(lái)，來(lái)自格陵蘭島和南極洲冰蓋的融水導(dǎo)致全球海平面上升的三分之一。

根據(jù)位于瑞士蘇黎世的瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院土木、環(huán)境和測(cè)繪工程系助理教授 Benedikt Soja 領(lǐng)導(dǎo)的研究，這種融化的冰的質(zhì)量轉(zhuǎn)移不僅導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度的變化，還導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)軸的變化。如果變暖繼續(xù)下去，其影響可能會(huì)變得占主導(dǎo)地位。“到本世紀(jì)末，在悲觀的情況下（人類繼續(xù)排放更多的溫室氣體），氣候變化的影響可能會(huì)超過(guò)月球的影響，而月球在過(guò)去數(shù)十億年里確實(shí)推動(dòng)了地球的自轉(zhuǎn)，”Soja 說(shuō)。

目前，考慮到對(duì)地球自轉(zhuǎn)行為的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的不確定性，可能有更多的時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備行動(dòng)是有幫助的?！拔艺J(rèn)為（更快的旋轉(zhuǎn)）仍在合理的范圍內(nèi)，因此這可能是自然變化，”Soja 說(shuō)。“也許幾年后，我們可能會(huì)再次看到不同的情況，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我們可能會(huì)看到地球再次放緩。那是我的直覺(jué)，但你永遠(yuǎn)不知道。