在參加別人的婚禮時,我們經常會說各種各樣的祝福語。其中有一句很常用,那就是祝新人天長地久(前幾天看白巖鬆的講座,他告訴我們“天長地久”最初並非這個意思,不過我們就不探討文字了,暫且按照我們常用的意思來理解吧)。
這樣的祝福語,主要是圖個吉利,沒人會去較真。不過,你可能不知道,天的確在變長……
恐龍的一天更短目前,越來越多的證據已經表明,地球的自轉一直處於減速的狀態中。早在幾十億年之前,它就開始“剎車”,一直到現在,並且還將延續到未來。
最近,《 Paleoceanography and Paleoclimatology(古海洋學與古氣候學)》雜誌上發表了一支國外團隊的研究報告,再次印證了這個說法。
你可能會好奇,科學家生活在現代,怎麼知道遠古時期地球的自轉速度?
雖然那個時期距離我們已經很遠了,但還是為我們留下了蛛絲馬跡。而這些蛛絲馬跡,就印刻在一種叫做Torreites sanchezi的生物身上。這是一種蛤類生物,和我們常吃的蛤蜊、花甲等是近親。
如果你經常吃花甲粉,就會發現花甲的殼上有一圈一圈的圖案,密密麻麻的。其實,這些圖案就和樹木的年輪一樣,真實地反映著蛤類的年齡。
而Torreites sanchezi更特別,它們的生長速度是非常快的。它們的“年輪”,甚至都不是按年計算,而是按天來計算。隨著Torreites sanchezi的生長,它的年輪僅僅需要幾個小時就可以發生變化,這是非常神奇的。
研究人員通過對一個標本的仔細研究,發現它大約活了9年的時間。而再根據它的年輪,就可以計算出來它所生活的年代,一年有多少天。
結果顯示,那個時候,地球自轉速度比現在更快,一天只有23.5個小時。因此,當時的地球上,一年有整整372天。而它所生活的年代,正是恐龍最後的活躍期——大約7000萬年前的白堊紀。
看樣子,恐龍的生物鐘,要比我們快一點。如果想要復活恐龍,怕是沒過多久,它們的日子就要過蒙圈了。
同樣利用蛤類的年輪,科學家發現4億多年前的泥盆紀時期,地球的自轉速度還要更快,大約每一年有420天,可見當時的一個地球日有多麼短暫。
當然了,除了這些蛤類的年輪之外,科學家還有其他的證據,證明地球自轉在減速,比如古人對日食的記錄、天體會合的天象等等。
目前來說,比較流行的說法認為,地球的自轉週期每100年會延長1.8毫秒左右。這個數字可能讓你覺得微不足道,但正是這樣的集腋成裘,導致了幾億年裡地球自轉週期的明顯變化。按照這個速度,10億年後,地球的一天將要達到29個小時。
地球為何會減速首先,研究一個物理量是怎麼沒的,要明確它是怎麼來的。地球為啥自轉了45億年還沒有停止?
這是由於原始行星盤的自轉所帶來的角動量,經過漫長歲月累積下來的。這個行星盤上的微粒旋轉著聚整合為了地球,角動量保持了下來。因此,想要讓地球減速,就要抵消掉這個角動量。
誰能抵消這個角動量呢?
月球。
根據科學家的觀測,月球正在一點點遠離我們地球。由此可以推斷,在恐龍時代,月球也更加靠近地球。
月球對於地球的潮汐力,是宇宙中所有天體中最大的,這個潮汐力,其實就是月球對於它正對著的地球區域的一種牽引力。隨著月球不斷遠離地球,它的公轉角速度也會越來越慢,相對於地球的自轉速度越來越滯後,這就導致了地球自轉的減速。
除了月球之外,科學家還找了其他的原因。
首先,就是人造衛星等太空探測器。其實,這是一個簡單的圓周運動原理:距離圓心越遠,速度越慢。這些探測器本身就是地球的物質做成的,我們可以看作是地球的一部分。當這些地球的一部分離開地表,相當於這部分的圓周運動半徑變大了,自然會“拖累”地球的自轉。
打個比方,你抱著兩個鉛球站在地上,然後用最大的力量轉圈,假設一秒鐘能轉一圈。但如果你不再抱著鉛球,而是把它們用1米長的繩子綁住再轉圈,就會比之前慢得多,可能要兩秒。
不過,人類目前發射的航天器一共才幾千個,即使按照發射了一萬個航天器,每個按照十噸來計算,也不過是十萬噸。而地球的品質高達59.8萬億億噸,那十萬噸根本就微不足道。但另一方面,地球的自轉減速也沒有那麼的明顯,所以也很難說這些人造航天器能起到多大作用。
不止月球要背鍋除此之外,地球自身的運動,也會對自轉速度造成影響,而且是正負兩方面都有影響。
研究報告顯示,2004年的印度洋地震,就給地球加速了3微秒。2011年日本的大地震,也讓地球自轉速度加快了1.8微秒。通常來說,地震都會對地球自轉產生加速效果。原因在於,地震會導致地球品質的重新分佈,讓地球結構儘量接近質心,也就是儘量減少力臂的長度。和人造航天器的原理一樣,只不過是相反的,由於力臂減少,所以自轉可以因此而加快。
除了地震之外,其他地球因素也會影響自轉速度。
美國大氣和環境研究公司的科學家戴維·薩爾斯丁曾經做了長達15年的研究,得出結論:厄爾尼諾現象帶來的風向和風力的巨大變化,也會影響地球的自轉速度。
日本東京工業大學的一支研究團隊也在《科學》雜誌上發表過論文,闡述地幔深處的導電性差異對地球自轉產生的影響。
另外,導致地球自轉速度減慢的原因之中,還有一點非常重要,不可忽略,那就是海水。我們知道,地球是個剛體,但海水是流體。地球自轉的時候,作為剛體的岩石部分會正常自轉,而流體的海水會滯後。這一點很好理解,你用一個碗裝一半的水,然後端著碗前進,就會發現碗的速度和你一樣,但是水需要“反應”一下,所以會落後一點點。同樣的,地球的海水也會滯後,和海底產生摩擦,導致地球的減速。
不對啊,你可能會想,海水也是地球的一部分,經過四十幾億年,應該和地球同步了啊,就像用傳送帶運輸半碗水一樣,一段時間後,水應該會慢慢平穩啊!
問題還是在於月球,月球帶來的潮汐作用,導致地球的海水不能安安穩穩地留在原地。同時,地球表面的風、地震等,也會帶來海水的流動。因此,海水是不可能安穩的。
同樣的,月球的遠離,也可以產生和前面說的航天器一樣的效果。它越遠離地球,越能夠拖地球的後腿。
會停止減速嗎?你可能要問:地球的減速會停止嗎?有盡頭嗎?難道有一天,地球會完全停止自轉?
有人認為,地球未來的命運,會像冥王星一樣。我們知道,太陽系品質最接近的行星-衛星組合,就是地月系和冥王星-冥衛一組成的行星系了。冥衛一對於冥王星同樣有拖動作用,最終的結果是它們互相被潮汐鎖定,冥衛一的公轉週期和冥王星的自轉週期達成同步,它們都只有一面朝向對方。
冥王星系執行示意圖
對於地月系來說,目前只有月球被潮汐鎖定,地球還相對自由。隨著地球自轉速度越來越慢,或許未來的終點是地球也被潮汐鎖定,只有一面能看見月亮,另一面再也看不見月亮。
不過,按照地球自轉減緩的速度,恐怕是等不到互相潮汐鎖定的那一天,太陽系就要完蛋了。而且,地球表面環境遠比冥王星複雜,所以結果也不會那麼簡單。
總之,對於目前的我們來說,地球自轉的減慢不會產生任何影響。在未來,地球和表面的生物也會適應新的自轉週期。畢竟,這麼幾十億年的減速,地球都堅持過來了,還怕再減速幾十億年嗎?