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地球自转速度减缓 恐改变人类计时方式

  地球自转的变化正以前所未有的方式威胁着我们的时间感、时钟和电脑化社会。虽然只是一秒钟之差,但却让科学家们挠头。

  3月27日发表在《自然》杂志上的一项研究调查了地球自转的变化如何对我们测量时间的方式产生巨大影响,因为我们的日历和时钟是根据地球自转所需的时间来确定的。

  论文发现,融化的极地冰盖正在将来自北极和南极的大量水重新分配到世界海洋,导致地球自转显着减慢。这就好比旋转的滑冰运动员将手臂向两侧伸出时速度减慢一样。

  因此,随着越来越多的水重量从两极转移并分布在地球凸起的中心周围,地球的自转速度也会减慢。

  然而同时,一股相反的力量一直在使地球加速。大约50年来,地核的运动一直导致地球加速。在对这两种相互冲突的力量带来的影响进行建模后,该研究的主要作者、地球物理学家邓肯·卡尔·阿格纽(Duncan Carr Agnew)计算出,到2029年,我们将需要一个“负闰秒”(negative leap second),届时世界时钟将在历史上首次倒退一秒。

  “这种情况以前从未发生过,对确保所有的全球计时基础设施都显示相同的时间构成了重大挑战。”阿格纽在给《全球新闻》的声明中写道,“这再次强调我们生活在一个前所未有的变化正在发生的时代。”

  美国海军天文台退休主任丹尼斯·麦卡锡(Dennis McCarthy)说,“我们正在走向‘负闰秒’。”

  他没有参与这项研究。他说,“这只是时间问题。”

  地球自转一周大约需要24小时。阿格纽和美国国家标准与技术研究所时间和频率部门的物理学家犹大·莱文(Judah Levine)都说,几千年来,地球的速度总的来说在减慢,速度不时变化。

  麦卡锡说,速度减慢主要是由潮汐效应造成的,而潮汐效应是由月球引力引起的。

地球自转速度减缓 恐改变人类计时方式

  一秒之争

  要理解为什么“负闰秒”可能是必要的,我们首先需要了解世界如何计时。

  在原子钟发明之前,秒被定义为一天的1/86400,一天被定义为地球自转一周。唯一的问题是地球的自转可能会加速或减慢,这意味着每一天的一秒钟长度可能会有所不同。

  1967年,计时员根据铯粒子发射辐射时的振荡,推出了原子钟,作为精确定义秒的一种手段。可以想像,这一量子过程要比一个重达五千亿公斤的小球在太空中的运动更加稳定。

  这就建立了两个版本的时间——天文时间和原子时间——但它们并不匹配。天文时间每天比原子时间落后2.5毫秒。日积月累,每隔几年两者就会差上一整秒。从1972年开始,国际计时员决定在6月或12月增加一个“闰秒”,为的是让为天文时间赶上原子时,从11点59分58秒直接跳到午夜,这就是协调世界时(UTC)。

  1972年至2016年间,随着地球速度减慢,共增加了27个闰秒。但地球减慢的速度正在逐渐放缓。

  莱文说:“在2016年或2017年,也可能是2018年,减速率已经放缓到地球实际上在加速的地步。”

  阿格纽说,地球之所以在加速,是因为其炙热的液态内核——一个巨大的熔融流体球,以难以预测的方式活动着,涡流和流动各不相同。

  阿格纽表示,大约50年来,地心一直在引发(地球自转)加速,但自1990年以来两极冰层迅速融化掩盖了这一效应。道理如本文前面所述。

  阿格纽计算出如果没有冰融化的影响,地球将在2026年而不是2029年需要负闰秒。

  几十年来,天文学家们一直通过这些小闰秒将世界时间和天文时间捆绑在一起。但计算机系统操作员说,对于现在全世界都依赖的精确技术来说,增加这些功能并不容易。专家说,2012年,一些计算机系统错误地处理了闰秒,导致Reddit、Linux、澳洲航空公司等出现问题。

  麦卡锡问道,“调整时间会带来这么多问题,有什么必要呢?”

  但阿格纽和麦卡锡说,俄罗斯的卫星系统依赖天文时间,因此消除闰秒会为它们带来麻烦。天文学家和其他人希望保留这个系统,只要原子时间和天文时间之间的差异接近一秒,就会增加一个闰秒。

  2022年,世界计时机构决定,从2030年代开始,他们将改变插入或删除闰秒的标准,大大降低使用闰秒的可能性。

  莱文说,谷歌和亚马逊等科技公司单方面制定了自己的闰秒解决方案,在一天中逐渐增加零点几秒。

  阿格纽说,同时还要考虑到“负闰秒”。麦卡锡说,跳过一秒钟可能会更困难,因为软件程式的设计是增加时间,而不是减少时间。

  但莱文不认为真正需要“负闰秒”。他说,潮汐的整体减缓趋势已经存在了几个世纪,并且仍在持续,但地核也是变化来变化去的。

  “在这个过程中,过去并不能很好地预测未来。任何对未来做出长期预测的人都是站不住脚的。”莱文说。

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