地球跳起“华尔兹”，气候变化可能还会影响时间哦
一年有365天，一个月有30天，一周有7天。如果大院er问你“天是怎么来的？”，相信很多读者会脱口而出，是“地球自转”。
地球自转带来了“天”/“日”的概念。地球自转不息，日复一日就奔流不止。
可是你知道吗？其实每天的长短并不一致，甚至我们还需要为此调整“时间”…
从气候变暖开始
据媒体报道，今年3月中旬的时候，法国和意大利合建的南极考察站测得气温为-11.5℃，这可比往年同期平均水平要高约40℃。也就是说在往年的这个时候，气温应该在零下50℃以下。
不寻常的气候同样出现在北极。据美国国家冰雪数据研究中心的消息称，北极部分地区3月中旬气温也较往年同期平均水平高约30℃。南北两极同时出现了温度异常升高，很不寻常。
地球发烧、全球气候变暖除了带来了南北极动物的生存危机，它还可能逆转了正闰秒的脚步…
2020年的7月19日，更是被记录下的50年来日长最短的一天。
2020年的日长变化
图片来源：作者自制
而且这样的趋势至今并未减缓，更有进一步变快的迹象。
自有记录以来，地球平均每天有个1~2毫秒的减慢，通常2-3年就会有一次闰秒。自1958年至今，已累计进行了37次闰秒（当前UTC协调世界时UTC比TAI国际原子时慢37秒，图1）。
而距离最近一次的闰秒还是5年多以前的2017年1月1日。也就是说，近5年来地球自转的速度一直在加快。
2017-2022年间UTC-TAI的变化趋势
图片来源：作者自制
呼叫1958：Why +1s?
读到这里，有些好奇宝宝就会问了，为什么是从1958年开始？1958年发生了什么？
上世纪中期的时候物理学家们发明了原子钟。他们发现在精准的原子钟计时下，一天并非是严格的86400秒，而是86400秒±2毫秒。并且从更长（从数万年至数百万年的尺度上）的跨度来看，由于自转角动量和自转动量的耗散，地球自转会持续变慢，每日的日长就会不断变长。
于是乎，在1958年1月1日0点的时候，国际原子时和天文时对齐。这一刻是两者第一次以“闰秒”的形式相结合，产生了协调世界时UTC。
协调世界时UTC从1972年1月开始正式成为国际标准时间，它采用的是原子时的秒长和世界时的时刻，通过闰秒的方式统一，使UTC时刻与UT1（基于地球自转测量的世界时，也称天文时）时刻始终保持在1秒范围以内。
而由于地球自转是一个长期变慢的过程，所以从1958年原子时和世界时第一次对齐开始计算到今天，都是采用对协调世界时增加一秒的方式，也就是正闰秒，使UTC的时刻和UT1的时刻始终保持在1秒范围内。
闰秒日期
图片来源：作者自制
地球自转存在不均匀性，除长期减慢是个确定性的变化外，还存在一些不规则变化。比如前面提到的全球气候变暖，南北极冰川加剧融化，不排除这些会导致第一次负闰秒的出现。
起舞，地球“华尔兹”
地球自转除了受固体成分影响外，还有地表流体成分的影响，如：地表水、地下水、海洋和地球大气。角动量守恒定律和地球科学的观测数据均表明，地球的总角动量在一定时期内是守恒的。因此固体地球自转的加快，则表示地球流体成分，如海洋、大气的环流的总角动量在减小。
就好比冬奥会上花样滑冰运动员随着音乐翩翩起舞，他们时而两手打开伸展身姿，时而收拢身体旋转跳跃。随着运动员身体打开，他们的转动速度就会变慢。同样道理，地球的自转的速度也随地表质量分布的变化而变化。
根据气象站记录的地表温度100年来的历史演化可以看到，2000年之后，地表温度比1910-2000年间的温度明显增大了。而2000年之后则出现了正闰秒频率明显变缓的趋势。
这表明，地球自转加快和近期的地球气候变化、极端天气增多之间可能存在着一定的关联性。当然，这个关联性需要更多的数据观测才能得到验证。
100多年来地表温度变化（纵轴为地理纬度，横轴为时间，颜色代表地表温度的变化）
图片来源：NASA
世界时、原子时与协调世界时，能看到正闰秒频率在放慢
图片来源：中国科学院国家授时中心时间科学馆
由于地球自身物理结构以及潮汐等众多因素影响，地球自转“张弛有度”，就像跳着华尔兹的舞娘“旋转、跳跃、我闭着眼。白雪、夏夜，我不停歇”。这表现在速率上，就是存在一些周期变化和不规则变化，并且长期上的趋势是自转速率减慢。
气候变暖、极端天气增多，也反映在了地球自转上。而对此类现象的记录，则需要我们的持续监测。
参考文献：
1.窦忠.地球自转加速，会不会迎来负闰秒. 天文爱好者杂志
2.李孝辉.图解时间.北京:科学出版社. 2015.p63
作者单位：中国科学院国家授时中心
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