地球自轉(zhuǎn)速度為何不恒定？
在千年的時間尺度上，地球自轉(zhuǎn)速度的變化受三個地球物理過程的影響。
首先，海水和海底之間的摩擦會逐漸消耗地球自轉(zhuǎn)的動能，從而減緩地球的自轉(zhuǎn)速度，這就是所謂的潮汐效應(yīng)。
其次，由于冰期后回彈，地球形狀會發(fā)生變化，變得更為扁平，使地球的慣性矩發(fā)生變化，降低了其自轉(zhuǎn)速度。這類似于滑冰運動員在旋轉(zhuǎn)時將手臂向身體兩側(cè)平伸以減速旋轉(zhuǎn)的原理。
最后，地球內(nèi)部的一些過程，即地核和其外層（地幔、地殼）之間的相互作用和相互影響，例如地磁場變化和地幔對流，也會導致地球自轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生變化。
根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）和國際地球自轉(zhuǎn)和參考系統(tǒng)服務(wù)（IERS）的數(shù)據(jù)，地球的自轉(zhuǎn)速度確實在緩慢減慢。研究表明，地球自轉(zhuǎn)周期每個世紀增加大約1.8毫秒。雖然這個變化看似微小，但在長時間尺度上，其累積效應(yīng)卻非常顯著。
例如，古代天文學家記錄的日食時間與我們今天計算的時間存在顯著差異。2500年前（大約春秋戰(zhàn)國時期）觀測到的日食時間與現(xiàn)代時鐘相比，時鐘誤差約為4小時。
原本，科學家預(yù)計由于這些地球物理過程的作用，地球自轉(zhuǎn)速度的減緩將使得首個“負閏秒”在2026年到來。
然而，衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)顯示，從1986年開始，隨著全球氣候變暖加劇，格陵蘭和南極的冰蓋正在加速融化。這一現(xiàn)象導致海平面加速上升，進一步減緩了地球自轉(zhuǎn)速度。由于冰蓋融化和海平面上升的雙重效應(yīng)，地球的慣性矩增加，自轉(zhuǎn)速度變得更慢，從而推遲了負閏秒的到來。
閏秒會帶來什么影響？
閏秒通常在世界協(xié)調(diào)時（UTC）6月30日或12月31日的23:59:60實施。閏秒的調(diào)整對日常生活的直接影響較小，人們往往感受不到閏秒所帶來的變化。
但對依賴精確時間同步的技術(shù)系統(tǒng)和應(yīng)用領(lǐng)域，如計算機、金融、航空航天等領(lǐng)域，閏秒?yún)s有重要影響。
例如，閏秒的加入或刪除需要全球同步，對計算機系統(tǒng)的時間管理提出了挑戰(zhàn)。
2012年，多個大型網(wǎng)站就因為時間同步錯誤，導致服務(wù)器崩潰，出現(xiàn)了短暫的服務(wù)中斷。2015年，閏秒再度來臨時，工程師們修復(fù)了部分2012年出現(xiàn)的問題，但發(fā)現(xiàn)了新的問題。又如，每次閏秒調(diào)整，GNSS系統(tǒng)需要更新時間數(shù)據(jù)，以保證授時精度。如果未能及時調(diào)整，可能導致導航電文的不準確。
與傳統(tǒng)的增加一秒的閏秒不同，史無前例的負閏秒將會給許多依賴精確時間同步的系統(tǒng)帶來新的挑戰(zhàn)和不確定性。計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、金融系統(tǒng)等等往往已經(jīng)設(shè)計好如何處理增加的正閏秒，但對如何處理減少的負閏秒則可能缺乏足夠的準備。科學家們正在呼吁各界共同努力，為負閏秒的實施做好充分準備，以確保全球技術(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。
盡管閏秒的初衷是保持UTC與地球自轉(zhuǎn)時間UT1同步，但閏秒的調(diào)整，特別是潛在的負閏秒，正不斷增加時間同步系統(tǒng)的復(fù)雜性。有人提議實施幅度更大的校正，如閏分、閏時，以將調(diào)整時間延長至百年、千年；也有人建議停止校正，同時公布世界時和國際原子時之間不斷增長的時刻差。
2022年第27屆國際計量大會決定，最遲不晚于2035年廢除閏秒，改為閏分，即允許國際原子時與世界時的時刻相差在1分鐘以內(nèi)。并要求各方協(xié)商提出一個可以將“協(xié)調(diào)世界時”持續(xù)至少百年的新方案。
隨著科技的發(fā)展，新的時間同步技術(shù)會不斷涌現(xiàn)，例如更精準的光鐘和更加智能的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議，都可能為解決閏秒問題提供新的途徑。
參考文獻
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[3] Gibney, Elizabeth. "Climate change has slowed Earth’s rotation—and could affect how we keep time." Nature 628.8007 (2024): 243-244.
來源：科普中國 作者：Denovo 物理化學專業(yè)博士生
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