为什么一天是24小时,而不是65小时?

作者: 不⼆北⽃

来源: 公众号:原理

发布日期: 2023-07-23 13:02:20

地球上的一天长度并非总是24小时,而是受到月球潮汐力影响逐渐延长。在22亿年前到6亿年前之间,由于几种潮汐力的相互抵消,地球以相同的速度旋转了10多亿年,将一天的长度恒定在19.5小时左右。如果没有这段停滞,我们现在的一天长度可能会超过65小时。潮汐力通过月球和太阳的引力影响地球自转,导致一天时间的延长。

你是否也曾想过,要是⼀天的时⻓不⽌24⼩时该有多好——这样你就有⾜够的时间来完成更多的事,也有更多的时间休息?其实,如若不是⼏⼗亿年前的⼀种现象,让地球的⼀天停⽌了延⻓,这种情况很可能会发⽣。

地球上的⼀天的⻓度并⾮总是24⼩时。⼤约在45亿年前,在⽉球刚形成时,地球上⼀天的⻓度还不到10⼩时。但随

着⽉球的潮汐⼒逐渐地减缓地球⾃转,⼀天的时间变得越来越⻓。直⾄今⽇,这种潮汐⼒仍然以每世纪约1.7毫秒的速

度延⻓⼀天的⻓度。然⽽,在很⻓⼀段时间内,地球上的⼀天其实并没有延⻓。

在⼀项新发表于《科学进展》杂志上的研究中,⼀组天体物理学家发现,在22亿年前到6亿年前之间,由于⼏种潮汐

⼒的相互抵消,地球以相同的速度旋转了10多亿年,将⼀天的⻓度恒定在19.5⼩时左右。如果没有这⼗多亿年的停

顿,我们现在的⼀天的⻓度可能会超过65个⼩时。

潮汐⼒是如何影响地球⾃转的呢?⽉球引潮⼒是由⽉球的引⼒产⽣的,它会通过拉动地球的海洋⽽减缓地球的⾃转。具体来说,它会在地球离⽉球最近的⼀侧和最远的⼀侧产⽣潮汐隆起,海洋会因此经历⾼潮。⽉球的引⼒牵引着这些隆起,加上这些隆起的位置也会随地球的⾃转⽽变化,使潮汐和海底之间产⽣摩擦,因⽽减缓了地球的⾃转速度。

与此同时,太阳也会产⽣潮汐⼒。会产⽣扭矩的太阳潮汐有两种,第⼀种是与太阳引潮⼒有关的太阳扭矩,它的作⽤⽅式与⽉球引潮⼒⼀样,会引起海洋潮汐的微⼩变化,起到减缓地球⾃转的作⽤,增加⼀天的⻓度。第⼆种是热⼒潮,它存在于地球⼤⽓中,当阳光加热⼤⽓层时,⼤⽓膨胀,形成⼀个可以与太阳引⼒相互作⽤的⼤⽓隆起,起到加速地球⾃转的作⽤,缩短⼀天的⻓度。

虽然太阳的引⼒更强⼤,但地球与太阳的距离⽐地球与⽉球距离的要⼤得多,这使得在地球地质史的⼤部分时间⾥,⽉球潮汐⽐太阳潮汐强10倍左右。因此,总的来说,地球的⾃转速度会变慢,⼀天的时间会持续变⻓。

但是,在20亿年前的某个时刻,⼀切都变了。地球⼤⽓层变得更加温暖,⼤⽓的隆起开始变得更⼤。这会影响阳光在⼤⽓中产⽣的热波,⼤⽓的温度越⾼,波在⼤⽓中传播的速度越快。这些波在⼤⽓中传播的频率产⽣了⼤⽓共振。⼤⽓共振的频率由多种因素决定,包括温度。在地球历史的⼤部分时间⾥,⼤⽓共振⼀直与地球的⾃转速度不同步。但在研究所聚焦的那段⻓达⼗多亿年的时间⾥,这种共振与⼀天的⻓度保持同步。

当时的共振周期约为10⼩时,地球的⾃转周期(约19.5⼩时)⼏乎是共振周期的两倍,每当地球完成⼤约半圈的⾃转时,⼤⽓波就会产⽣共振。这时,太阳引起的⼤⽓潮汐变得更强,⾜以抵消⽉球的潮汐。导致的结果是,在那段时间⾥,地球的⾃转既没有变快也没有变慢。直到6亿年前,⼀天的时间才再次开始变⻓。研究⼈员利⽤地质证据,⽐如这些来⾃潮汐河⼝的样本,揭示了春季和⼩潮的周期。粗带对应⼤潮,细带对应⼩潮。

除了地质证据外,研究⼈员还利⽤全球⼤⽓环流模型预测了这⼀时期的⼤⽓温度,并发现计算机模型的预测结果,与来⾃极古⽼岩层的涨潮和退潮的地质证据相⼀致。

这项研究结果表明,太阳和⽉球之间的潮汐平衡,是由⼤⽓温度和地球⾃转速度之间的偶然但⼜极其重要的联系造成的。研究⼈员表示,尽管那段停滞时期在地质历史上已离我们很遥远,但它为⽓候危机提供了⼀个新的视⻆。

由于⼤⽓共振随温度变化,当前正在变暖的⼤⽓可能也会对⽬前的潮汐不平衡产⽣影响。随着全球变暖,地球温度升⾼,共振频率也将随之升⾼,这会使⼤⽓远离共振,进⽽导致来⾃太阳的潮汐影响减⼩。因此,⼀天的⻓度可能还将以更快的速度变⻓。

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