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圖蟲創意

宇宙中幾乎所有的天體都在自轉，地球也不例外。正因為地球自轉，我們才有白天黑夜。但你有沒有想過一個問題：我們在地上旋轉時，因為摩擦力或其他因素，速度會慢慢慢下來，在太空旋轉的地球也會慢下來嗎？會，而且地球自轉速度正階梯式遞減。

宇宙中的天體之所以會自轉，是因為物質之間存在著相對運動，其產生的角動量在未被完全抵消的情況下會聚集朝向同一個方向，這便形成了天體自轉的最初力量。

除此之外，天體的自轉還受到其它因素影響。這也是地球自轉階梯式減速的原因。比如潮汐力，這種力的耗散作用與地球自轉方向相反。簡單來說就是，月球引力使得地球水體被拉伸，出現潮漲潮落，潮水摩擦海岸線，消耗了地球的能量導致地球自轉降速；地球內部變化也可能會施加影響，按角動量守恒原理，地球內部物質如果集中，它的自轉速度就一定要變快，相反，如果地幔中大量高密度物質侵位淺層或噴出地表，加大地球轉動的慣性矩，其自轉速度必然變慢；
又比如全球氣候變暖導致極地冰川大量融化，改變了地球的質量分布，其自轉速度也會相應改變。就像一個旋轉的滑冰者，當她張開雙臂時，旋轉速度會減慢。

總而言之，諸多要素雖然影響可能相對較小，但在長期的時間尺度上，會導致地球自轉速度產生變化。

近期，中國科學家通過跨學科的研究方法發現7億年來地球自轉階梯式減速的過程，他們結合了地質記錄和天文理論計算，分析了地質樣品中自轉速率變化的“化石鐘”（如古珊瑚礁、疊層石等），通過測量這些樣本中保存的地球自轉周期性變化留下的痕邊（如日紋石、年紋石)，并與現代天文理論計算相結合，揭示了過去數億年間，地球自轉速度一直保持著“減速-平穩-減速-平穩”的階梯狀演化模式。科學家還計算出，5億年至3.5億年間，地球自轉減速停滯的原因主要是當時大陸-海洋結構導致的潮汐耗散減弱。

揭開地球自轉減速的模式后，科學家還計算出過去地球一天的時長、地月球距離等信息。
在過去7億年至2億年前，地月距離增加了約20000公里，日長增加了約2.2小時。也就是說，7億年前，一天只有約20個小時；而在2億年前，一天延長到23個小時。

通過對比同時期的生物演化數據、海洋地球化學數據等，科學家還發現地球自轉的兩個主要減速期可能為早期海洋生態系統的演化提供了必要條件。

第一次發生在5.5億年前，正值寒武紀生命大爆發前夕，可能與當時生物多樣性的急劇增加有關。第二次發生在2.5億年前，這個時期對應了大規模生物滅絕事件之后的生態系統復蘇，地球自轉速度的變化可能為新生命的適應與輻射提供了條件。目前來看，地球減速最直接的影響是日長改變，與其對應的光照時長及頻率發生變化，這些會影響天氣和晝夜溫度梯度，進而影響氣候，隨即對植物生長等產生影響。這些變化促使生物圈發生重大調整，影響物種的分布、繁衍和滅絕。

顯而易見，上述成果的意義重大。

首先，它深化了我們對地球動力學過程的理解，特別是地球自轉與內部和外部因素相互作用的復雜機制，對重建地-月系統的演化歷史、探究地球自轉減速的氣候、環境、生物演化等方面也具有重要的理論意義。

其次，它為地質時間尺度上的生物演化、環境變遷提供了重要的時間框架。此外，它還對理解當前及未來地球環境變化趨勢具有啟示作用，比如如何評估人類活動對地球自轉微小變化的潛在影響。最后，這項研究促進了天文-地質的交叉研究，為探索宇宙中其他行星的自轉演化提供了參考模型。

那地球目前還是在減速么？答案是肯定的。

根據2024年《自然》雜志上通過分析同源地震數據所得到的研究結果，自2010年以來，內地核的自轉速度逐漸下降，如果這一趨勢持續下去，由于引力拖曳效應，地球外部圈層的自轉速度也可能受到影響，進而影響地球這顆星球的運行速度。

這種微妙改變不僅關乎高精度的科學研究，更可能影響到我們的日常生活，比如地球自轉導致太陽光線在地球表面的入射角不斷變化，自轉速度的變化會影響到日照的強度；地球自轉會直接影響大氣環流和季風的形成，從而影響到氣候系統。
此外，地球自轉速度的變化還會影響人體生物鐘與作息規律的改變、全球定位系統（GPS）的精準性、航天航空、通信等領域的測量和校準乃至氣候變化等。因此，地球自轉減速的研究不僅是對地球科學的探索，更是對人類未來生活方式的深刻洞察。

地球自轉減速的影響聽起來滲透在生活里的方方面面，但我們也不必過于杞人憂天，畢竟地質時期的時間尺度巨大，在這個不斷變化的世界中，我們所需要的就是擁抱生活，保持敏銳的觀察力和積極的應對態度，不斷去追尋更深奧的科學，去探索更遙遠的宇宙深空。

本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品
作者：董漢文

審核：肖龍 中國地質大學 教授

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司