怎么回事？今年夏天地球突然转得更快，科学家紧急应对

今年夏天，地球旋转得更快，白昼略微缩短，吸引了科学家和计时员的注意。

根据国际地球自转和参考系统服务局和美国海军天文台汇编的数据，7 月 10 日是今年迄今为止最短一天，持续时间不到 24 小时，时长为 1.36 毫秒。7 月 22 日和 8 月 5 日将出现更多异常短的天数，目前预测分别比 24 小时短 1.34 和 1.25 毫秒。

一天的长度是地球绕其轴完成一整圈所需的时间——平均 24 小时或 86,400 秒。但实际上，由于各种因素，例如月球的引力、大气的季节性变化和地球液态核心的影响，每次自转都略有不规则。因此，旋转一整圈通常需要略短或略多于 86,400 秒的时间——仅几毫秒的差异，对日常生活没有任何明显影响。

然而，从长远来看，这些差异会影响计算机、卫星和电信，这就是为什么即使是最小的时间偏差也要使用 1955 年推出的原子钟进行跟踪。一些专家认为，这可能会导致类似于 Y2K 问题的情况，该问题有可能使现代文明停滞不前。

原子钟计算时钟本身内真空室中保持的原子的振荡，以最精确地计算 24 小时。我们将结果时间称为 UTC 或协调世界时，它基于大约 450 个原子钟，是计时的全球标准，也是我们所有手机和计算机设置的时间。

天文学家还可以跟踪地球的自转——例如，使用卫星来检查行星相对于固定恒星的位置——并且可以检测到原子钟的时间与地球完成一整圈实际所需时间之间的微小差异。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有记录以来最短的一天，比 24 小时少了 1.66 毫秒。

“自 1972 年以来，我们的日子一直呈略快的趋势，”斯克里普斯海洋学研究所 （Scripps Institution of Oceanography） 地球物理学名誉教授、加州大学圣地亚哥分校 （University of California， San Diego） 研究地球物理学家邓肯·阿格纽 （Duncan Agnew） 说。“但也有波动。这就像看股市一样，真的。有长期趋势，然后有高峰和下降。

1972 年，经过几十年相对缓慢的自转，地球的自转相对于原子时已经积累了如此大的延迟，以至于国际地球自转和参考系统服务局要求在 UTC 中增加“闰秒”。这类似于闰年，闰年每四年在 2 月增加一天，以解释格里高利历与地球绕太阳公转一圈所需的时间之间的差异。

自 1972 年以来，UTC 总共增加了 27 个闰秒，但由于地球加速，添加速度越来越慢;整个 1970 年代增加了 9 个闰秒，而自 2016 年以来没有增加新的闰秒。

2022 年，国际计量大会 （CGPM） 投票决定到 2035 年停用闰秒，这意味着我们可能永远不会看到时钟上再增加一个闰秒。但是，根据 Agnew 的说法，如果地球在未来几年内保持更快的旋转速度，最终可能需要从 UTC 中去除一秒。“从来没有负闰秒，”他说，“但从现在到 2035 年出现闰秒的可能性约为 40%。

是什么导致地球自转更快？

阿格纽说，地球自转的最短时间变化来自月球和潮汐，这使得卫星在赤道上空时旋转得更慢，而在较高或较低高度时旋转得更快。这种效应与地球在夏季自然旋转得更快这一事实相结合——这是大气本身由于季节性变化而减慢的结果，例如急流向北或向南移动;物理定律规定，地球及其大气层的整体角动量必须保持恒定，因此大气层损失的旋转速度被行星本身拾取。

同样，在过去的 50 年里，地球的液态核心也一直在减慢，而它周围的固体地球也在加速。

通过观察这些影响的组合，科学家可以预测即将到来的一天是否会特别短暂。

“这些波动具有短周期相关性，这意味着，如果地球在某一天加速，那么第二天也往往会加速，”物理学家、美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology）时间和频率划分研究员朱达·莱文（Judah Levine）说。

但是，随着间隔越来越长，这种相关性就会消失。当你到了一年时，预测就变得相当不确定了。事实上，国际地球自转和参考系统服务（International Earth Rotation and Reference Systems Service）不会提前一年进行预测。

Levine说，虽然短日子没有任何区别，但最近短日的趋势正在增加负闰秒的可能性。“当闰秒系统在 1972 年被定义时，没有人真正想过负秒会发生，”他指出，这只是被放入标准中的东西，因为你必须这样做才能完整。每个人都认为只需要正闰秒，但现在可以说，日子的缩短使（负闰秒）有发生的风险。

Levine 解释说，负闰秒的前景引起了人们的担忧，因为 50 年后正闰秒仍然存在持续的问题。“仍然有一些地方做错了，或者在错误的时间做，或者（用）了错误的号码，等等。这是用一个正闰秒来实现的，这已经一遍又一遍地做了。人们对负闰秒的担忧要大得多，因为它从未被测试过，从未被尝试过。

由于许多基础技术系统都依赖时钟和时间来运行，例如电信、金融交易、电网和 GPS 卫星，仅举几例，因此根据 Levine 的说法，负闰秒的出现有点类似于 Y2K 问题——上世纪之交，世界认为一种世界末日将接踵而至，因为计算机可能无法协商新的日期格式，从 '99' 到 '00'。

气候变化也是导致闰秒问题的一个因素，但以一种令人惊讶的方式。虽然全球变暖对地球产生了相当大的负面影响，但就我们的计时而言，它有助于抵消加速地球旋转的力量。Agnew 去年在《自然》杂志上发表的一项研究详细介绍了南极洲和格陵兰岛的冰融化如何蔓延到海洋中，减慢了地球的自转速度——就像溜冰者双臂举过头顶旋转一样，但如果手臂紧紧贴在身体上，旋转速度会变慢。

“如果冰没有融化，如果我们没有发生全球变暖，那么我们可能已经出现了负闰秒，或者我们将非常接近它，”阿格纽说。据美国宇航局称，自 1993 年以来，来自格陵兰岛和南极洲冰盖的融水导致全球海平面上升的三分之一。

根据位于瑞士苏黎世的瑞士联邦理工学院土木、环境和测绘工程系助理教授 Benedikt Soja 领导的研究，这种融化的冰的质量转移不仅导致地球自转速度的变化，还导致地球自转轴的变化。如果变暖继续下去，其影响可能会变得占主导地位。“到本世纪末，在悲观的情况下（人类继续排放更多的温室气体），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确实推动了地球的自转，”Soja 说。

目前，考虑到对地球自转行为的长期预测的不确定性，可能有更多的时间来准备行动是有帮助的。“我认为（更快的旋转）仍在合理的范围内，因此这可能是自然变化，”Soja 说。“也许几年后，我们可能会再次看到不同的情况，从长远来看，我们可能会看到地球再次放缓。那是我的直觉，但你永远不知道。