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地球自转速率(日长)变化
信息来源: 发布时间:2016年09月14日 【 】 【打印】 【关闭

   日常生活中,我们看到的各种天体(如:太阳、月亮等)东升西落的现象是地球自转运动的反映,地球上昼夜更替、不同时区之间所存在的时差也是由于地球自转而产生的现象。那么地球是如何自转的?地球自转速率(日长)变化是什么原因引起的?对我们日常生活影响大吗?  

  咱们的地球就像一个陀螺一样,以一条连接南北极的假想直线为轴的自西向东的旋转运动(图1)。地球自转运动是指地球自转轴的北向始终指向北极星的方向,从侧面看,地球自转的方向是自西向东运动(图2)。 

            

                          1                                                        2 

  以遥远的恒星为参照物,地球自转一周约需要23小时564;以太阳为参照物,地球自转一周则需要24小时,即一天。大约一百多年以前,科学家通过观察月球运动,发现了地球自转速率不是永恒不变的,而是不停地变化着的,即日长是个不断变化的值,而不是一个常数。 

  在原子钟尚未出现之前,日长变化的测量是通过观测月掩星运动,记录星球的光度变化和时间长度。自1955年原子钟被发明后,我们就能够更加精确地测量单位时间恒星两次通过当地子午线的时间长短。   

  引起日长变化的原因很复杂。由于地球表面潮汐摩擦的作用,使地球自转的速度逐渐且缓慢地变慢,日长不断变长。日长变长则白天和黑夜时间都变长了,人们的作息习惯需要重新调整,一年中的天数变少了,日历要重新编写。 

  随着天文望远镜技术的不断发展,科学家观测发现,日长存在大于十年尺度的周期性波动。近年来,科学家通过对地球深内部性质的研究,发现十年乃至几十年尺度的日长变化主要由于核幔间的耦合作用和液核的运动造成。另外如太阳、月亮以及其它行星的运动,对日长大于十年尺度的波动也有较大的贡献。由于赤道附近的海气相互作用(如:厄尔尼诺、拉尼娜现象等),导致了日长在年际尺度上的波动。由于大气中存在准两年振荡、季节变化以及亚季节变化,使得日长也存在相应尺度的规律变化。另外,由于海洋潮汐等作用,日长也存在高频变化。 

  从古天文资料中可以看出日长存在长期变化,但长期变化速率尚不能确定。随着空间大地测量技术的发展,用人卫激光技术和激光测月得到的数据,方才精确确定日长的长期变化速率,为2.24±0.08毫秒/世纪。也许有人认为日长变化的速率太微小,对普通人来说,“嘀嗒”一声1秒就过去了。但是,对于使用精密时间的部门来说,仅仅1秒的误差却可以造成很大的影响。比如宇宙飞船1秒钟飞行将近8公里,如果时间上差了1秒,就可能出现极大的误差,比如飞船的运行轨道会发生偏离,着陆点与预计的也将差别很远,从而不利于飞船的安全。 

  虽然日长存在各种周期的变化,但变化的量级很小,对使用精密时间的部门来说,需要进行修正,对我们的日常生活不会产生太大的影响。我们仍然是每天看太阳东升西落,依然是“日出而作,日入而息。”  (江敏供稿)


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