地球自转加快致时间缩短，计时变化或致类似“千年虫”情景再现

据美媒7月21日报道，今年夏天，地球自转速度加快，导致白昼时间略微缩短，引发了科学家和时间计量者的关注。

据国际地球自转和参考系统服务组织（IERS）与美国海军天文台的数据显示，7月10日是今年迄今为止最短的一天，比24小时少了1.36毫秒。而7月22日和8月5日预计将出现更短的白天，目前预测分别比24小时短1.34毫秒和1.25毫秒。

一天的长短，即地球自转一周所需的时间，平均为24小时或86400秒。但实际上，由于月球引力、大气季节性变化以及地球液态地核的影响等多种因素，每次自转都略有不规则。因此，地球自转一周的时间通常略长或略短于86400秒，这种毫秒级的差异对日常生活并无明显影响。

然而，长期来看，这些微小差异可能影响计算机、卫星和电信系统。因此，自1955年引入原子钟以来，即便是最微小的时间偏差也会被精确追踪。部分专家认为，这可能导致类似于“千年虫”问题的情景，该问题曾一度威胁现代文明的运转。

原子钟通过计算真空室中原子振荡的次数来精确计量24小时。由此得出的时间称为协调世界时（UTC），它基于约450台原子钟，是全球计时标准，也是我们所有手机和电脑设置的时间。

天文学家也通过卫星监测地球自转，例如检查地球相对于恒星的位置，从而发现原子钟时间与地球实际自转时间的细微差异。去年，即2024年7月5日，地球经历了自65年前原子钟出现以来最短的一天，比24小时少了1.66毫秒。

“自1972年以来，白昼时间一直呈略微缩短的趋势，”斯克里普斯海洋研究所名誉教授、加州大学圣地亚哥分校研究地球物理学家邓肯·阿格纽表示，“但存在波动。这就像观察股市一样，既有长期趋势，也有涨跌起伏。”

1972年，在经历了数十年的相对缓慢自转后，地球自转与原子时之间的延迟已累积到一定程度，国际地球自转和参考系统服务组织决定在协调世界时中增加“闰秒”。这与闰年类似，闰年每四年在二月增加一天，以弥补公历与地球绕太阳公转周期之间的差异。

自1972年以来，协调世界时共增加了27次闰秒，但由于地球自转加快，增加频率逐渐放缓。20世纪70年代共增加了9次闰秒，而自2016年以来尚未增加新的闰秒。

2022年，国际计量大会（CGPM）投票决定在2035年前取消闰秒，这意味着我们可能再也看不到时钟上增加闰秒了。但阿格纽表示，如果地球继续加速自转数年，最终可能需要从协调世界时中减去一秒。他说：“从未有过负闰秒，但从现在到2035年，出现负闰秒的概率约为40%。”

地球自转为何加快？

阿格纽表示，地球自转的短期变化主要来自月球和潮汐。当卫星位于赤道上空时，地球自转会变慢；而当卫星位于更高或更低纬度时，地球自转会加快。此外，夏季地球自然会自转得更快，这是由于季节变化导致大气本身减速，如急流向北或向南移动；根据物理学定律，地球及其大气的总角动量必须保持不变，因此大气损失的自转速度会由地球本身来弥补。同样，过去50年来，地球的液态地核也在减速，而周围的固态地球则在加速。

通过综合考虑这些因素，科学家可以预测未来某一天是否会特别短。“这些波动具有短期相关性，即如果地球某一天自转加快，那么第二天也往往加快，”美国国家标准与技术研究院时间与频率部的物理学家、研究员犹大·莱文表示，“但随着时间间隔的延长，这种相关性会逐渐消失。当你考虑到一年时，预测就变得相当不确定了。实际上，国际地球自转和参考系统服务组织不会提前一年以上进行预测。”

莱文表示，虽然一天变短并不会产生什么影响，但近期白昼缩短的趋势增加了出现负闰秒的可能性。“1972年定义闰秒系统时，没人真正想过会出现负闰秒，这只是为了完整性而纳入标准。大家都认为只需要正闰秒，但现在白昼缩短使得（负闰秒）有可能发生。”

负闰秒的前景引发了担忧，因为50年来正闰秒的实施仍然存在问题。莱文解释说：“仍然有地方在实施时出错，或在错误的时间实施，或使用错误的数字等。而且这还是针对已经反复实施的正闰秒。对于从未测试过的负闰秒，人们更加担忧。”

莱文表示，由于许多基础技术系统都依赖时钟和时间来运行，如电信、金融交易、电网和GPS卫星等，因此负闰秒的出现有点类似于“千年虫”问题——在上个世纪之交，人们担心由于计算机可能无法处理从“99”到“00”的新日期格式，世界将迎来末日。

冰川融化的影响

气候变化也是闰秒问题的一个影响因素，但方式出人意料。虽然全球变暖对地球产生了诸多负面影响，但在计时方面，它却起到了抵消加速地球自转力量的作用。阿格纽去年在《自然》杂志上发表的一项研究详细阐述了南极和格陵兰冰盖融化后，融水扩散到海洋中，减缓了地球自转——就像一个滑冰者将手臂举过头顶旋转，但如果将手臂紧贴身体，旋转速度就会减慢。

“如果那些冰没有融化，如果我们没有经历全球变暖，那么我们现在可能已经需要负闰秒，或者已经非常接近需要它了，”阿格纽说。据美国国家航空航天局（NASA）称，自1993年以来，格陵兰和南极冰盖的融水导致了全球海平面上升的三分之一。

瑞士苏黎世联邦理工学院土木、环境与地球空间工程系助理教授贝内迪克特·索亚领导的研究表明，冰川融化导致的质量转移不仅改变了地球自转速度，还改变了其自转轴。如果变暖持续下去，其影响可能会成为主导因素。“到本世纪末，在最悲观的情况下（即人类继续排放更多温室气体），气候变化的影响可能会超过月球的影响，而月球在过去数十亿年里一直是驱动地球自转的主要因素，”索亚说。

目前，考虑到对地球自转行为的长期预测存在不确定性，因此有更多时间来准备应对措施是有益的。索亚说，“我认为（自转加快）仍在合理范围内，因此可能是自然变化，也许几年后，我们会看到不同的情况，从长远来看，我们可能会看到地球再次减速。这是我的直觉，但你永远不知道。”