你是否也曾想過(guò)，要是一天的時(shí)長(cháng)不止24小時(shí)該有多好——這樣你就有足夠的時(shí)間來(lái)完成更多的事，也有更多的時(shí)間休息？其實(shí)，如若不是幾十億年前的一種現象，讓地球的一天停止了延長(cháng)，這種情況很可能會(huì )發(fā)生。
地球上的一天的長(cháng)度并非總是24小時(shí)。大約在45億年前，在月球剛形成時(shí)，地球上一天的長(cháng)度還不到10小時(shí)。但隨著(zhù)月球的潮汐力逐漸地減緩地球自轉，一天的時(shí)間變得越來(lái)越長(cháng)。直至今日，這種潮汐力仍然以每世紀約1.7毫秒的速度延長(cháng)一天的長(cháng)度。然而，在很長(cháng)一段時(shí)間內，地球上的一天其實(shí)并沒(méi)有延長(cháng)。
在一項新發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的研究中，一組天體物理學(xué)家發(fā)現，在22億年前到6億年前之間，由于幾種潮汐力的相互抵消，地球以相同的速度旋轉了10多億年，將一天的長(cháng)度恒定在19.5小時(shí)左右。如果沒(méi)有這十多億年的停頓，我們現在的一天的長(cháng)度可能會(huì )超過(guò)65個(gè)小時(shí)。
潮汐作用
潮汐力是如何影響地球自轉的呢？
月球引潮力是由月球的引力產(chǎn)生的，它會(huì )通過(guò)拉動(dòng)地球的海洋而減緩地球的自轉。具體來(lái)說(shuō)，它會(huì )在地球離月球最近的一側和最遠的一側產(chǎn)生潮汐隆起，海洋會(huì )因此經(jīng)歷高潮。月球的引力牽引著(zhù)這些隆起，加上這些隆起的位置也會(huì )隨地球的自轉而變化，使潮汐和海底之間產(chǎn)生摩擦，因而減緩了地球的自轉速度。
與此同時(shí)，太陽(yáng)也會(huì )產(chǎn)生潮汐力。會(huì )產(chǎn)生扭矩的太陽(yáng)潮汐有兩種，第一種是與太陽(yáng)引潮力有關(guān)的太陽(yáng)扭矩，它的作用方式與月球引潮力一樣，會(huì )引起海洋潮汐的微小變化，起到減緩地球自轉的作用，增加一天的長(cháng)度。第二種是熱力潮，它存在于地球大氣中，當陽(yáng)光加熱大氣層時(shí)，大氣膨脹，形成一個(gè)可以與太陽(yáng)引力相互作用的大氣隆起，起到加速地球自轉的作用，縮短一天的長(cháng)度。
雖然太陽(yáng)的引力更強大，但地球與太陽(yáng)的距離比地球與月球距離的要大得多，這使得在地球地質(zhì)史的大部分時(shí)間里，月球潮汐比太陽(yáng)潮汐強10倍左右。因此，總的來(lái)說(shuō)，地球的自轉速度會(huì )變慢，一天的時(shí)間會(huì )持續變長(cháng)。
神秘的停滯
但是，在20億年前的某個(gè)時(shí)刻，一切都變了。地球大氣層變得更加溫暖，大氣的隆起開(kāi)始變得更大。這會(huì )影響陽(yáng)光在大氣中產(chǎn)生的熱波，大氣的溫度越高，波在大氣中傳播的速度越快。這些波在大氣中傳播的頻率產(chǎn)生了大氣共振。
大氣共振的頻率由多種因素決定，包括溫度。在地球歷史的大部分時(shí)間里，大氣共振一直與地球的自轉速度不同步。但在研究所聚焦的那段長(cháng)達十多億年的時(shí)間里，這種共振與一天的長(cháng)度保持同步。
當時(shí)的共振周期約為10小時(shí)，地球的自轉周期（約19.5小時(shí)）幾乎是共振周期的兩倍，每當地球完成大約半圈的自轉時(shí)，大氣波就會(huì )產(chǎn)生共振。這時(shí)，太陽(yáng)引起的大氣潮汐變得更強，足以抵消月球的潮汐。導致的結果是，在那段時(shí)間里，地球的自轉既沒(méi)有變快也沒(méi)有變慢。直到6億年前，一天的時(shí)間才再次開(kāi)始變長(cháng)。
研究人員利用地質(zhì)證據，比如這些來(lái)自潮汐河口的樣本，揭示了春季和小潮的周期。粗帶對應大潮，細帶對應小潮。（圖/G.E. Williams via utoronto.ca ）
除了地質(zhì)證據外，研究人員還利用全球大氣環(huán)流模型預測了這一時(shí)期的大氣溫度，并發(fā)現計算機模型的預測結果，與來(lái)自極古老巖層的漲潮和退潮的地質(zhì)證據相一致。
越來(lái)越長(cháng)？
這項研究結果表明，太陽(yáng)和月球之間的潮汐平衡，是由大氣溫度和地球自轉速度之間的偶然但又極其重要的聯(lián)系造成的。研究人員表示，盡管那段停滯時(shí)期在地質(zhì)歷史上已離我們很遙遠，但它為氣候危機提供了一個(gè)新的視角。
由于大氣共振隨溫度變化，當前正在變暖的大氣可能也會(huì )對目前的潮汐不平衡產(chǎn)生影響。隨著(zhù)全球變暖，地球溫度升高，共振頻率也將隨之升高，這會(huì )使大氣遠離共振，進(jìn)而導致來(lái)自太陽(yáng)的潮汐影響減小。因此，一天的長(cháng)度可能還將以更快的速度變長(cháng)。
#創(chuàng )作團隊：
撰文：不二北斗
排版：雯雯
#參考來(lái)源：
https://www.artsci.utoronto.ca/news/why-day-24-hours-long-astrophysicists-reveal
https://arstechnica.com/science/2023/07/the-gravitational-interactions-that-have-helped-us-dodge-60-hour-days/
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add2499
#圖片來(lái)源：
封面圖：designwebjae / Pixabay
首圖：kanlayaa / Pixabay
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