身邊的天文學(xué)

為什么日子越過越長(zhǎng)？天文學(xué)家這樣說　　

太陽每天東升西落，這是地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。晝夜更替、不同時(shí)區(qū)之間所存在的時(shí)差也是如此。那么地球是如何自轉(zhuǎn)的？地球自轉(zhuǎn)速率是恒久不變的嗎？我們所感受到的日長(zhǎng)又是如何受到影響的？

地球就像一個(gè)陀螺，以一條連接南北極的假想直線為軸不停地旋轉(zhuǎn)，這就是地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。地球自轉(zhuǎn)軸的北向始終指著北極星的方向，從側(cè)面看，地球自轉(zhuǎn)的方向是自西向東運(yùn)動(dòng)。

以遙遠(yuǎn)的恒星為參照物，地球自轉(zhuǎn)一周約需要23小時(shí)56分4秒；以太陽為參照物，地球自轉(zhuǎn)一周則需要24小時(shí)，即一天。大約一百多年前，科學(xué)家通過觀察月球運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)了地球自轉(zhuǎn)速率不是永恒不變的，而是不停地變化著，即日長(zhǎng)是個(gè)不斷變化的數(shù)值，而不是一個(gè)常數(shù)。自有記錄以來，地球自轉(zhuǎn)的速率緩慢地變慢，日長(zhǎng)不斷變長(zhǎng)。地球日長(zhǎng)變長(zhǎng)則白天和黑夜時(shí)間都變長(zhǎng)了，人們的作息習(xí)慣需要重新調(diào)整；此外，一年中的天數(shù)變少了，日歷要重新編寫。

從古天文資料中可以看出日長(zhǎng)存在長(zhǎng)期變化，但長(zhǎng)期變化速率尚不能確定。隨著空間大地測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，用人衛(wèi)激光技術(shù)和激光測(cè)月得到的數(shù)據(jù)，方才精確確定日長(zhǎng)的長(zhǎng)期變化速率為2.24±0.08毫秒/世紀(jì)。也許有人認(rèn)為日長(zhǎng)變化的速率太微小，對(duì)普通人來說，“嘀嗒”一聲1秒就過去了。但是，對(duì)于使用精密時(shí)間的部門來說，僅僅1秒的誤差卻可以造成很大的影響。比如宇宙飛船1秒鐘飛行將近8公里，如果時(shí)間上差了1秒，就可能出現(xiàn)極大的誤差。

引起日長(zhǎng)變化的原因很復(fù)雜。潮汐摩擦?xí)?dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速率長(zhǎng)期減慢。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，除了長(zhǎng)期變慢的趨勢(shì)，地球自轉(zhuǎn)速率還存在周期性的變化。

近年來，科學(xué)家通過對(duì)地球內(nèi)部性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)以十年乃至幾十年為周期的日長(zhǎng)變化主要由于地核和地幔間的耦合作用以及液核的運(yùn)動(dòng)造成。隨著天文望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，太陽、月亮以及其它行星的運(yùn)動(dòng)，對(duì)周期大于十年的日長(zhǎng)波動(dòng)也有較大的貢獻(xiàn)。其次，由于赤道附近的海氣相互作用(如厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象等)，導(dǎo)致了日長(zhǎng)在年際尺度上的波動(dòng)。由于大氣的周期性變化，使得日長(zhǎng)也存在相應(yīng)的規(guī)律變化。

雖然日長(zhǎng)存在各種周期的變化，但變化的量級(jí)很小。對(duì)于使用精密時(shí)間的部門來說，需要進(jìn)行相關(guān)修正，但對(duì)日常生活則不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，我們?nèi)匀皇敲刻炜刺枛|升西落，依然是“日出而作，日入而息”。

江 敏

(作者系中科院測(cè)量與地球物理研究所副研究員，圖片由作者提供)