一天有24 小時,換算成秒數也就是 86,400 秒,這是我們使用的標準時間;但真正由地球自轉決定的「一天長度」(Length of Day, LOD)其實會有微小變化。
最新發表於《Nature》的研究,如果在數十年的尺度上,一天的長度可能出現數毫秒的變化,而造成這種長期波動的重要力量之一,可能來自地球深處 固態內核與地函之間的重力扭矩(gravitational torque)。

為什麼一天不是永遠24小時?
對於我們的平常觀念來說 1 天=24 小時=86,400 秒。
但是這個時間的定義其實是人類訂出來的一個標準準時間定義。
在真實世界裡面,地球每天自轉,而這個自轉並不是一台完美速度不變的時鐘機器。
在地球上的表層有著大氣運動、海洋、潮汐、冰川融化,在地球內部有著地球內部物質的運動,這都可能讓地球稍微轉快或轉慢。
其實如果以非常長的時間尺度上來看,就連月球造成的潮汐摩擦會逐漸拖慢地球自轉;較短的時間尺度上,大氣、海洋與地球內部的角動量交換也會造成變化。
不過科學家一直有一個問題:
為什麼地球一天的長度,在數十年的尺度上也會出現規律的毫秒級變化?

這個問題的答案可能藏在地球最深處
加拿大阿爾伯塔大學研究人員 Huifeng Zhang 與 Mathieu Dumberry 分析了地震學重建的內核差速旋轉,以及由地磁場變化推算出的地核流動。
研究結果顯示,關鍵可能在於:
內核、外核與地函之間正在進行一場非常緩慢的「拔河」。
地球最中央是固態內核,外面包著液態金屬外核,再外面才是厚厚的地函。
當內核相對地函的位置與旋轉發生改變時,地球內部質量分布造成的引力會產生微弱的重力扭矩。
這個力量會影響地函的旋轉速度。
而我們生活的地殼基本上跟著地函一起轉。
因此:
地函稍微轉快 → 一天稍微變短。
地函稍微轉慢 → 一天稍微變長。
這個研究認為,這種重力作用是解釋數十年尺度一天長度變化的重要機制,而電磁作用與地核—地函邊界的其他作用則會抵抗這種重力扭矩。

所以時間到底差多少?
事實上,這個時間的差距其實非常少。
研究分析的 1964~2019 年資料顯示,在約 10~70 年的時間尺度上,一天長度的變化大約只有數毫秒。
1 毫秒就是:0.001 秒。
所以我們完全不可能靠自己的感覺察覺。
但對科學家來說,因為我們沒有辦法直接鑽到地球核心觀察內核與外核,所以地球自轉速度的細微變化,反而能成為研究地球深部結構的一種線索。
所以,以後一天會變成25小時嗎?
短期不用擔心。
這篇研究討論的是毫秒等級、數十年尺度的波動,不是說地球的一天突然會從24小時變成25小時。
不過從數億、數十億年的尺度來看,一天的長度確實會改變。
月球造成的潮汐摩擦長期拖慢地球自轉,因此非常久以前的地球,一天確實比現在短。
這也提醒我們一件很有趣的事情:
我們每天使用的「24小時」,看起來像宇宙中固定不變的規則,其實只是此時此刻地球自轉狀態下的一個近似值。
懂故事觀點
我們常把地球想成一顆安靜旋轉的岩石球,但真正的地球其實更像一台仍然在運作的巨大機器。
大氣在流動、海洋在流動,甚至我們腳下幾千公里深處的液態金屬與固態內核也在運動。
最有趣的是,其實人類也是隨著地球在移動,只是移動的,你沒有任何的感覺。
每個人生活在地球上都隨著地球在飛快的旋轉,在地底下的世界,我們只能用推測的方式才知道
科學就是很好玩的,隨著科學的發展你會知道更多有趣的事情,
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資料來源
原始研究:Nature|Gravitational torque drives multidecadal variations in length of day
研究團隊說明:University of Alberta|Earth’s deep secret: why your day isn’t quite 24 hours


