为什么地球的一天有24小时长(太阳是如何阻止它变长的)？

汪雨甘捍

尽管月球与地球的距离不断增加，但太阳的影响有助于将地球的一天长度保持在24小时。(图片来源:NASA)

（）据美国太空网（基思·库珀）：由于来自月球和太阳的重力潮汐力之间的暂时平衡，地球一天的长度只有24小时，而不是60多小时。

当月球在大约45亿年前形成时，可能是由于一次巨大的撞击，它比现在更靠近地球，我们的星球旋转得更快，一天的长度不到10个小时。从那以后，月球逐渐向外移动，偷走了一些地球的角动量，结果是地球的自转变慢了。今天，众所周知，地球上的一天持续24小时。

然而，以月球远离我们的速度——使用阿波罗宇航员留在月球上的激光反射器进行的实验测得每年1.49英寸(3.78厘米)——我们的星球应该已经慢到每天60小时的地步。那么是什么减缓了减速呢？

由多伦多大学的吴汉波领导的多伦多大学和波尔多大学的天文学家现在有了答案。这都与地球大气中的热潮汐和月球发出的重力潮汐所产生的扭矩平衡有关。

正如我们所知，月球的引力吸引着地球上的海洋，导致地球相反两侧的高潮，因为海洋隆起跟随月球围绕我们的星球。海洋潮汐隆起中更多的质量意味着月球对它的引力更大，再加上海洋潮汐和海底之间的摩擦效应，最终结果是地球自转每世纪减慢约1.7毫秒。

然而，地球大气层中的热潮汐能够抵消这种破坏效应，如果它们在地球周围回荡的周期与地球的旋转发生共振的话。大气的温度控制着热波的速度，随着大气变暖，它会膨胀，形成另一种膨胀。

多伦多大学加拿大理论天体物理研究所的诺曼·默里在一份声明中说:“阳光也产生了具有相同类型凸起的大气潮汐。”“太阳的引力吸引了这些大气凸起，对地球产生了扭矩，但它没有像月球那样减缓地球的自转，而是加速了地球的自转。”

在地球历史的大部分时间里，月球潮汐比热力潮汐强10倍，导致地球自转变慢。然而，根据大气全球环流模型和沉积岩中对应于过去大潮和小潮的条带的地质证据，这一切在22亿至6亿年前发生了变化。

随着大气变暖(这一时期冰川作用的减少证明了这一点)，热潮汐变得越来越大，越来越快，直到它们进入与地球自转共振的频率。共振是一种放大。最常见的类比是一个荡秋千的孩子——在合适的时候推他们一把，与他们荡秋千的弧线同步，他们就会荡得更快更高。自然界的共振也会发生类似的情况。

大约22亿年前，热潮汐开始以近10小时的周期绕地球运行，而地球一天的长度为19.5小时。换句话说，地球每自转一周，热潮汐就绕地球转两圈，共振比为2:1。这种共振只是放大了热潮汐，所以大气隆起变得更大，太阳的引力变得足够大，足以与月球的引力相匹配。

因此，月球潮汐引起的地球自转减慢开始被热潮汐引起的加速抵消。在22亿年至6亿年前的那段漫长时间里，地球一天的长度并没有继续变慢，而是保持在19.5小时。

最终，这两种潮汐力失去了同步，在过去的6亿年里，地球的自转开始再次变慢。今天，一天的长度是24小时，而热潮汐绕地球一周需要22.8小时。

然而，这种情况并不固定。尽管最近的测量发现地球的自转速度在略微加快，但从长远来看，地球可能不会回到潮汐力相互平衡的时代。相反，气候变化可能会使热潮汐与行星自转更加不同步，增加月球潮汐对地球减速的影响。

“随着全球变暖，我们增加了地球的温度，我们也使共振频率变得更高——我们正在使我们的大气层远离共振，”默里说。“结果，来自太阳的扭矩减少了，因此白天的长度会比正常情况下变得更长。”

这项新发现发表在7月5日的《科学进展》杂志上。