计时人员如何应对地球自转加速

参考消息网8月20日报道 据美国有线电视新闻网网站7月21日报道，今年夏天，地球的自转速度加快，使一天变得略短，这吸引了科学家和计时人员的注意。

根据挪威的时间和日期网站编纂的国际地球自转学会和美国海军天文台的数据，7月10日是今年迄今最短的一天，比24小时短1.36毫秒。7月22日和8月5日将是另外两个异常短的日子，目前预计分别比24小时短1.34毫秒和1.25毫秒。

一天的长度是地球绕地轴完整转一圈所需的时间，平均为24小时或86400秒。但实际上，由于各种因素，如月球的引力、大气的季节性变化和地球液态核的影响，每次自转都略微不规则。结果就是，地球自转一周所需的时间通常略少于或略多于86400秒。这个毫秒的差异对日常生活没有任何明显的影响。

速度有波动

然而，从长远来看，这些差异可能会影响计算机、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年引入的原子钟来跟踪。一些专家认为，这可能导致类似于“千年虫”问题的情况，“千年虫”问题曾带来使现代文明停滞不前的危险。

原子钟计算钟内真空室中原子的振荡，以最高精度计算24小时。我们将所得时间称为UTC，即协调世界时，它基于大约450台原子钟，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。

天文学家还跟踪地球的自转(例如，使用卫星检查地球相对于固定恒星的位置)并且检测原子钟的时间与地球实际完成一次自转所需时间之间的细微差别。去年，也就是2024年的7月5日，地球经历了自原子钟问世以来最短的一天，比24小时短了1.66毫秒。

美国斯克里普斯海洋研究所的地球物理学名誉教授、加利福尼亚大学圣迭戈分校的地球物理学家邓肯·阿格纽说：“自1972年以来，我们一直在朝着稍微快一点的趋势发展。但也有波动。这就像在看股市，真的。有长期趋势，然后有高峰和低谷。”

1972年，在经历了几十年相对缓慢的自转之后，地球自转相对于原子时积累了如此大的延迟，以至于国际地球自转学会要求在UTC上增加一个“闰秒”。这类似于闰年，每四年在二月增加一天，以解决公历和地球绕太阳一周所需时间之间的差异。

自1972年以来，UTC总共增加了27个闰秒，但由于地球的自转速度加快，增加闰秒的速度越来越慢；在20世纪70年代增加了9个闰秒，而自2016年以来没有增加新的闰秒。

负闰秒问题

2022年国际计量大会(CGPM)投票决定在2035年之前取消闰秒，这意味着我们可能再也不会看到时钟中添加闰秒了。但根据阿格纽的说法，如果地球在未来几年内继续加速自转，最终可能需要从UTC中减去一秒。

他说：“从来没有出现过负闰秒。但从现在到2035年，出现负闰秒的概率约为40%。”

阿格纽说，地球自转的最短期变化来自月球和潮汐，当月球位于赤道上方时，地球自转速度变慢，而当月球位于较高或较低的高度时，地球自转速度加快。这种效应与以下事实相结合，即在夏季，地球自然旋转得更快——这是由于季节变化(例如向北或向南移动的急流)导致大气层本身减速；物理定律规定地球及其大气层的总角动量必须保持恒定，因此大气层损失的自转速度会被地球自身吸收。同样，在过去50年里，地球的液态核也在减速，而其周围的固态地球则在加速。

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特别短。美国国家标准与技术研究所时间和频率部研究员、物理学家朱达·莱文说：“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，那么第二天也会加速。但随着时间间隔越来越长，这种相关性就会消失。而当时间间隔达到一年时，预测就会变得相当不确定。事实上，国际地球自转学会不会提前一年做出预测。”

莱文说，虽然一天短一点不会造成什么影响，但近来一天变短的趋势增加了负闰秒的可能性。他指出：“当在1972年定义闰秒系统时，没有人真正想到负闰秒会发生。它只是某种被放进标准里的东西，因为你必须这样做才能完整。每个人都认为只需要正闰秒，但现在一天缩短，这使得(负闰秒)有发生的危险，可以这么说。”

莱文解释说，负闰秒的前景令人担忧，因为经过50年，正闰秒仍然存在问题。他说：“仍然有一些地方用错了，或者用在错误的时间，或者用了错误的数字，等等。这是对已经用了很多次的正闰秒来说。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才能运行，例如电信、金融交易、电网和GPS卫星等等，因此，按照莱文的说法，负闰秒的出现有点类似于“千年虫”问题。上世纪末，全世界都认为世界末日即将来临，因为计算机可能无法处理从“99”到“00”的新日期格式。

融冰的作用

气候变化也是闰秒问题的一个促成因素，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，它起到了抵消加速地球自转的力量的作用。阿格纽去年在英国《自然》周刊上发表的一项研究结果详细讲述了南极洲和格陵兰岛的冰融化如何蔓延到海洋，减缓了地球的自转。

阿格纽说：“如果那些冰没有融化，如果没有全球变暖，那么我们应该已经有了一个负闰秒，或者我们将非常接近有一个负闰秒。”据美国国家航空航天局(NASA)说，自1993年以来，格陵兰岛和南极洲冰盖的融水占全球海平面上升的三分之一。

瑞士的苏黎世联邦理工学院土木、环境和测绘工程系助理教授贝内迪克特·苏贾领导的研究结果表明，融冰的质量转移不仅导致地球自转速度的变化，还导致其自转轴的变化。如果气候变暖继续下去，它的影响可能会占据主导地位。苏贾说：“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，而月球在过去几十亿年里一直在推动地球自转。”

目前，考虑到对地球自转行为的长期预测存在不确定性，可能有更多的时间为行动做准备是有帮助的。苏贾说：“我认为，(更快的旋转)仍然在合理的范围内，所以这可能是自然变化。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减速。这是我的直觉，但谁也说不准。”（编译/王海昉）