地球也累了?科学家发现地球自转在减速,“幕后黑手”有很多
参加别人的婚礼,我们常常会说出各种祝福语。其中一个很常用,就是祝新人永远(我前几天看了白岩松的演讲,他告诉我们“永远”本来不是这个意思,但是我们先不讨论这个词,咱们暂且按照我们常用的含义来理解)。
这样的祝福,主要是为了吉祥,不会有人当真。然而,你可能不知道,日子确实在变长……
恐龙的日子变短了
目前,越来越多的证据表明,地球的自转一直处于一种状态减速。它在数十亿年前就开始“刹车”,一直到现在,并将一直持续到未来。
近日,外国团队的一份研究报告发表在《 Paleoceanography and Paleoclimatology(古海洋学与古气候学)》杂志上,再次印证了这一说法。
大家可能会好奇,科学家们生活在现代,怎么知道古代地球的自转速度呢?
虽然那段时间离我们很远,但还是给我们留下了蛛丝马迹。而这些线索,都烙印在了一种叫做托雷特三车子的生物身上。这是一种形似蛤蜊的生物,与我们常吃的蛤蜊是近亲。
如果你经常吃花甲粉,你会发现花甲壳上有一圈圈的花纹,密密麻麻。事实上,这些图案就像树木的年轮一样,真实反映了蛤蜊的年龄。
三车子三车子比较特别,它们的生长速度非常快。他们的“年轮”甚至不是按年计算的,而是按日计算的。三车子在生长过程中,年轮变化只需几个小时,相当神奇。
研究人员通过对标本的仔细研究,发现它的寿命约为9年。并且根据它的年轮,可以算出它生活的年龄,一年有多少天。
结果显示,当时地球的自转速度比现在还快,一天只有23.5小时。因此,当时地球上一年有372天。而它所生活的时代正是恐龙最后一个活跃的时期——距今约7000万年前的白垩纪。
恐龙的生物钟好像比我们的快一点。想要复活恐龙,恐怕用不了多久,它们的生活就会陷入黑暗。
科学家利用蛤蜊的年轮发现,在4亿多年前的泥盆纪时期,地球的自转速度更快,每年大约有420天,可见当时地球的一天是多么的短.
当然,除了这些蛤蜊的年轮,科学家们还有其他证据证明地球自转在变慢,比如古代记载的日食、天合的天象等等。
目前比较流行的说法是地球自转周期每100年延长约1.8毫秒。这个数字对你来说可能看起来微不足道,但正是这个组合导致地球自转周期在数亿年的时间里发生了重大变化。按照这个速度,十亿年后,地球日将达到29小时。
为什么地球会减速
首先要研究一个物理量是怎么消失的,弄清楚它是怎么来的。为什么地球45亿年不停转?
这是由于原始行星盘自转带来的角动量,长期积累下来的。这个行星盘中的粒子旋转聚集形成地球,并保持角动量。因此,为了让地球减速,必须抵消这个角动量。
谁能抵消这个角动量?
月亮。
根据科学家的观察,月球正在一点点远离我们的地球。由此可以推断,在恐龙时代,月球离地球也比较近。
月球对地球的潮汐力是宇宙中所有天体中最大的。这种潮汐力实际上是月球对它所面对的地球区域的一种牵引力。随着月球不断远离地球,它的轨道角速度会越来越慢,滞后于地球自转速度,从而导致地球自转减速。
除了月球,科学家们还发现了其他原因。
首先是人造卫星等太空探测器。其实这是一个简单的圆周运动原理:离圆心越远,速度越慢。这些探测器本身就是用地球的材料制成的,我们可以把它们看成是地球的一部分。当地球的一部分离开地表时,这部分的圆周运动半径变大,自然会“拖累”地球的自转。
比如你站在地上,双臂两铅球,然后用最大的力气转身,假设你可以在一秒内转身。但是如果不是拿着铅球,而是用一根1米长的绳子绑起来,然后转一圈,就会比以前慢很多,大概两秒钟。
不过,目前人类发射的飞船数量只有几千艘。就算发射一万艘飞船,每艘按十吨计算,也不过十万吨。而地球的质量高达59.8万亿吨,那10万吨简直微不足道。但另一方面,地球自转的减速并没有那么明显,所以这些人造飞船的效果如何还不好说。
不光是月亮的罪魁祸首
另外,地球本身的运动也会影响自转速度,而且会影响正反两个方面。
研究报告显示,2004年印度洋地震使地球加速了3微秒。2011年的日本地震也使地球自转加速了1.8微秒。一般来说,地震有加速地球自转的作用。原因是地震会引起地球质量的重新分布,使地球结构尽可能靠近质心,即力臂长度尽可能减小。它和人造飞船的原理是一样的,但恰恰相反,因为力臂减小了,所以自转可以相应加快。
除了地震,其他地球因素也会影响自转速度。
美国大气与环境研究公司的科学家DavidSalstin经过15年的研究得出结论,厄尔尼诺现象带来的风向和风力的巨大变化,也会影响地球的自转速度。
日本东京工业大学的一个研究团队也在《科学》期刊上发表了一篇论文,解释了地幔深处电导率的差异对地球自转的影响。
另外,在地球自转变慢的原因中,还有一个非常重要的点不容忽视,那就是海水。我们知道地球是刚体,而海水是流体。当地球自转时,岩石部分,即刚体,正常自转,而流动的海水滞后。这很容易理解。如果你把一个碗装满一半的水,然后带着碗往前走,你会发现碗的速度和你一样,只是水要“反应”,所以会落后一点。同样,地球的海水也会滞后,与海底产生摩擦,导致地球减速。
不对,你可能会认为海水也是地球的一部分。超过四十亿年后,它应该与地球同步。这就像在传送带上运送半碗水。一段时间后,水应该慢慢稳定!
问题还是出在月球上,月球带来的潮汐效应让地球的海水无法安全留在原地。同时,地球表面的风和地震也会带来海水的流动。因此,海水不可能稳定。
同样,月球的距离也能产生和前述飞船一样的效果。它离地球越远,就越能把地球拖回去。
会停止减速吗?
你可能会问:地球的减速会停止吗?有尽头吗?地球有一天会完全停止自转吗?
有人认为地球未来的命运会像冥王星一样。我们知道,太阳系中质量最接近的行星-卫星组合是由地月系和冥王星-卡戎组成的行星系。卡戎对冥王星也有拖拽作用,最终的结果是它们被潮汐锁定。卡戎的公转周期和冥王星的自转周期是同步的,而且只有一面相对。
冥王星系统运行示意图
对于地月系统来说,目前只有月球被潮汐锁定,地球还是比较自由的。随着地球自转越来越慢,或许未来的尽头就是地球也被潮汐锁定,只有一侧能看到月球,另一侧再也看不到月球。
不过,按照地球自转减慢的速度,恐怕到不了潮汐互锁的那一天,太阳系就完蛋了。而且地球的地表环境远比冥王星复杂,结果也不会那么简单。
总之地球自转变慢目前对我们没有影响。未来,地球和地表生命也将适应新的自转周期。毕竟地球已经坚持了这么几十亿年的减速,还怕再减速几十亿年吗?
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