為什么地球的一天有24小時(shí)長(zhǎng)(太陽(yáng)是如何阻止它變長(zhǎng)的)？
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盡管月球與地球的距離不斷增加，但太陽(yáng)的時(shí)長(zhǎng)影響有助于將地球的一天長(zhǎng)度保持在24小時(shí)。(圖片來(lái)源:NASA)
（神秘的太陽(yáng)地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（基思·庫(kù)珀）：由于來(lái)自月球和太陽(yáng)的重力潮汐力之間的暫時(shí)平衡，地球一天的何阻長(zhǎng)度只有24小時(shí)，而不是止變60多小時(shí)。
當(dāng)月球在大約45億年前形成時(shí)，地球的天可能是時(shí)長(zhǎng)由于一次巨大的撞擊，它比現(xiàn)在更靠近地球，太陽(yáng)我們的何阻星球旋轉(zhuǎn)得更快，一天的止變長(zhǎng)度不到10個(gè)小時(shí)。從那以后，地球的天月球逐漸向外移動(dòng)，時(shí)長(zhǎng)偷走了一些地球的太陽(yáng)角動(dòng)量，結(jié)果是何阻地球的自轉(zhuǎn)變慢了。今天，止變眾所周知，地球上的一天持續(xù)24小時(shí)。
然而，以月球遠(yuǎn)離我們的速度——使用阿波羅宇航員留在月球上的激光反射器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測(cè)得每年1.49英寸(3.78厘米)——我們的星球應(yīng)該已經(jīng)慢到每天60小時(shí)的地步。那么是什么減緩了減速呢？
由多倫多大學(xué)的吳漢波領(lǐng)導(dǎo)的多倫多大學(xué)和波爾多大學(xué)的天文學(xué)家現(xiàn)在有了答案。這都與地球大氣中的熱潮汐和月球發(fā)出的重力潮汐所產(chǎn)生的扭矩平衡有關(guān)。
正如我們所知，月球的引力吸引著地球上的海洋，導(dǎo)致地球相反兩側(cè)的高潮，因?yàn)楹Ｑ舐∑鸶S月球圍繞我們的星球。海洋潮汐隆起中更多的質(zhì)量意味著月球?qū)λ囊Ω螅偌由虾Ｑ蟪毕秃５字g的摩擦效應(yīng)，最終結(jié)果是地球自轉(zhuǎn)每世紀(jì)減慢約1.7毫秒。
然而，地球大氣層中的熱潮汐能夠抵消這種破壞效應(yīng)，如果它們?cè)诘厍蛑車厥幍闹芷谂c地球的旋轉(zhuǎn)發(fā)生共振的話。大氣的溫度控制著熱波的速度，隨著大氣變暖，它會(huì)膨脹，形成另一種膨脹。
多倫多大學(xué)加拿大理論天體物理研究所的諾曼·默里在一份聲明中說(shuō):“陽(yáng)光也產(chǎn)生了具有相同類型凸起的大氣潮汐。”“太陽(yáng)的引力吸引了這些大氣凸起，對(duì)地球產(chǎn)生了扭矩，但它沒(méi)有像月球那樣減緩地球的自轉(zhuǎn)，而是加速了地球的自轉(zhuǎn)。”
在地球歷史的大部分時(shí)間里，月球潮汐比熱力潮汐強(qiáng)10倍，導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)變慢。然而，根據(jù)大氣全球環(huán)流模型和沉積巖中對(duì)應(yīng)于過(guò)去大潮和小潮的條帶的地質(zhì)證據(jù)，這一切在22億至6億年前發(fā)生了變化。
隨著大氣變暖(這一時(shí)期冰川作用的減少證明了這一點(diǎn))，熱潮汐變得越來(lái)越大，越來(lái)越快，直到它們進(jìn)入與地球自轉(zhuǎn)共振的頻率。共振是一種放大。最常見(jiàn)的類比是一個(gè)蕩秋千的孩子——在合適的時(shí)候推他們一把，與他們蕩秋千的弧線同步，他們就會(huì)蕩得更快更高。自然界的共振也會(huì)發(fā)生類似的情況。
大約22億年前，熱潮汐開始以近10小時(shí)的周期繞地球運(yùn)行，而地球一天的長(zhǎng)度為19.5小時(shí)。換句話說(shuō)，地球每自轉(zhuǎn)一周，熱潮汐就繞地球轉(zhuǎn)兩圈，共振比為2:1。這種共振只是放大了熱潮汐，所以大氣隆起變得更大，太陽(yáng)的引力變得足夠大，足以與月球的引力相匹配。
因此，月球潮汐引起的地球自轉(zhuǎn)減慢開始被熱潮汐引起的加速抵消。在22億年至6億年前的那段漫長(zhǎng)時(shí)間里，地球一天的長(zhǎng)度并沒(méi)有繼續(xù)變慢，而是保持在19.5小時(shí)。
最終，這兩種潮汐力失去了同步，在過(guò)去的6億年里，地球的自轉(zhuǎn)開始再次變慢。今天，一天的長(zhǎng)度是24小時(shí)，而熱潮汐繞地球一周需要22.8小時(shí)。
然而，這種情況并不固定。盡管最近的測(cè)量發(fā)現(xiàn)地球的自轉(zhuǎn)速度在略微加快，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，地球可能不會(huì)回到潮汐力相互平衡的時(shí)代。相反，氣候變化可能會(huì)使熱潮汐與行星自轉(zhuǎn)更加不同步，增加月球潮汐對(duì)地球減速的影響。
“隨著全球變暖，我們?cè)黾恿说厍虻臏囟龋覀円彩构舱耦l率變得更高——我們正在使我們的大氣層遠(yuǎn)離共振，”默里說(shuō)。“結(jié)果，來(lái)自太陽(yáng)的扭矩減少了，因此白天的長(zhǎng)度會(huì)比正常情況下變得更長(zhǎng)。”
這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在7月5日的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。