一天时长24小时,从小学课本到手机时钟,从上班打卡到卫星导航,24小时几乎像一条不可动摇的自然规律。一天等于24小时,一小时等于60分钟,一分钟等于60秒,于是一天就是86400秒。
但如果真的拿世界上最精密的原子钟去盯着地球,就会发现地球并不是一块走时准确的钟。它有时转得快一点,有时又会慢一点。最近几年尤其引人关注,因为地球连续出现了一批“不到24小时”的日子。
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2024年7月5日,地球完成一个平均太阳日所需要的时间,比标准的86400秒少了大约1.66毫秒,成为现代原子钟精密测量时代以来最短的一天。2025年最短的一天出现在7月10日前后,比24小时短约1.37毫秒。到了2026年,相关观测数据显示,7月27日当天的日长偏差约为-0.6627毫秒。
那么,为什么会出现一天不足24小时的情况呢?
一、24小时,其实从来不是地球每天都能做到的整数
首先得弄清楚,我们所说的“一天”,其实有好几种定义。如果以遥远恒星为参照,看地球真正自转360度需要多长时间,得到的是恒星日,平均恒星日大约为23小时56分04秒。
为什么不是整整24小时?因为地球一边自转,一边还在围绕太阳公转。当地球相对于遥远恒星已经转完一圈后,它在绕太阳的轨道上也向前移动了一小段。为了让太阳重新回到天空中相同的方位,地球还得再转将近4分钟。
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我们日常生活真正使用的是平均太阳日,为了让全球时间系统保持整齐,人类把一天定义为86400秒,也就是严格意义上的24小时。但事实上,地球并不会每天恰好耗时86400秒完成相应的自转。
国际地球自转和参考系服务IERS甚至专门定义了一个指标,叫作日长偏差,它衡量的正是地球实际日长与86400秒之间究竟差了多少。
因此,一天不足24小时并不意味着时间的定义变了,而是地球这台天然时钟偶尔比人类的原子钟跑得快了一点,通常是几毫秒。
2024年7月5日的纪录大约比24小时短1.66毫秒,1毫秒等于千分之一秒。人眨一次眼睛通常需要上百毫秒,从这个尺度来看,1.66毫秒甚至连一次眨眼时间的百分之一都不到。
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如果把86400秒看成一整天,1.66毫秒所占比例只有大约五千万分之一。因此,没有人会因为地球少转了这1.66毫秒,就感觉某一天突然过快了。
最近几年,地球开始频繁出现特别短的日子。数据显示,在2020年以前,原子钟时代测得的极短日长偏差还没有达到近年来这样的程度。2020年以后,多个年份都出现了比86400秒明显短1毫秒以上的日子。2022年6月30日短约1.59毫秒,2024年7月5日进一步达到约1.66毫秒。
二、为什么会出现一天不足24小时的情况?
决定地球自转速度的,并不只有地球自己。其中最重要的长期力量之一,就是月球。
月球的引力制造海洋潮汐,潮水与海底、海岸之间存在摩擦,地球的一部分自转角动量因此转移给月球。结果是月球轨道逐渐向外扩张,而地球自转则在极长时间尺度上缓慢减速。潮汐摩擦造成的长期趋势,相当于每经过一个世纪,平均日长增加大约2.3毫秒左右。
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所以,如果把时间拉得足够长,地球的一天确实总体上是在变长。这也解释了为什么远古地球的一天比现在短得多,例如,在2.3亿年前恐龙刚出现的时候,地球一天只有22小时左右。而在45亿年前,地球刚形成时,一天仅为大约5小时。
但长期趋势并不代表每一年、每一天都只能变慢。地球更像一个内部装着液态金属、外面包着海洋和大气,还带着巨大卫星高速旋转的陀螺。大气会流动,海洋会流动,地下水会重新分布,冰川会消融,地核内部的液态铁也在运动,这些物质都拥有角动量。
根据角动量守恒,当大气、海洋和固体地球之间不断交换角动量时,地球外壳的旋转速度就会产生极其细微的变化。一年之内的大气环流和天气变化,就足以让日长出现数毫秒范围的波动。厄尔尼诺等大尺度大气变化,也可能使地球自转减慢,从而让一天增加大约1毫秒。
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此外,2024年,一项发表于《自然》(Nature)杂志的研究表明,从几十年的尺度来看,地球液态外核与地幔之间的角动量交换,对近年来自转加快产生了重要影响。
三、2026年没有再破纪录,地球并非失控加速
短日现象确实存在,但并不意味着地球正在越来越快的自转。
2024年的最短日长纪录约为-1.66毫秒。2025年的最短一天约为-1.37毫秒。而到了2026年,截至目前最短的一天是7月27日,大约为-0.66毫秒。另一方面,2026年4月16日还出现过比86400秒长约1.27毫秒的一天。
所以地球并没有突然失控加速自转,一天仍然在86400秒附近不断上下摆动。近几年出现的一批短日,说明地球在几十年尺度上的旋转状态发生了一些值得研究的变化,但2026年的数据至少说明,这种变化目前没有呈现简单的纪录一年比一年短的模式。
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从几百年、几千年甚至更长尺度看,月球潮汐造成的长期减速趋势依然存在,短期加速和长期减速完全可以同时发生。
四、一天少1毫秒为何会让科学家关注?
普通人感觉不到1毫秒,但现代文明能感觉到。因为卫星导航、电信网络、金融交易、电力系统、射电天文、深空探测以及全球计算机服务器,都依赖极高精度的时间同步。现代世界使用的协调世界时UTC主要建立在原子钟基础上,而反映地球真实自转状态的天文时间叫UT1。
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原子钟极其稳定,地球却忽快忽慢。为了不让两套时间逐渐分家,人类从1972年开始采用闰秒制度。当UT1和UTC之间的误差接近规定范围时,就在人类时间里增加1秒。到目前为止,人类实施过的闰秒全部都是正闰秒,也就是增加一秒,从来没有真正删除过一秒。
但如果地球在某些时期转得足够快,理论上就可能出现一种此前从未执行过的操作,负闰秒。也就是某一天不再经历23时59分59秒,而是从23时59分58秒直接进入第二天00时00分00秒。
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听起来只少了一秒,但对于计算机来说却不那么简单。很多软件默认时间永远只能向前连续增加,并没有为某一秒突然消失做好准备。正因为如此,国际计量界这些年一直在讨论改革闰秒制度。
2022年国际计量大会已经决定,最迟到2035年前将放宽UTC与UT1允许存在的最大差值,以减少频繁人为调整时间给数字基础设施带来的麻烦。不过,至少现在还不用担心。IERS在2026年宣布,今年12月底不会加入闰秒。
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