地球曾有 14 億年每天長度只有 19.5 小時

作者 | 發布日期 2023 年 07 月 23 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 line share follow us in feedly line share
地球曾有 14 億年每天長度只有 19.5 小時


多倫多大學最新研究顯示,現在熟悉的每天 24 小時緩慢延長,但緩慢增加的時間其實有三分之一地球歷史保持不變,每日長度只有 19.5 小時左右。這違反直覺的研究引起科學界高度重視,甚至可能與原始生命演化發展過程息息相關。

月球會影響地球潮汐,且以每年4公分速度緩緩遠離地球,地球自轉速度也逐漸增加,每百年約增加千分之1.7秒。科學家研究發現,20億至6億年前長達14億年時間,地球自轉速度很穩定為19.5小時。

多倫多大學天體物理學家建立最詳細地球自轉速度變化模型,推算出除了月球影響潮汐運動是造成地球自轉減速的主因,太陽拉動並加熱大氣層,以及大氣層內共振波重疊,使地球自轉速度鎖定19.5小時長達14億年,幾乎占地球46億年歷史近三分之一。

▲ 日地月系統的重力、熱力與時間變化關係。(Source:Science Advances

團隊開發的最佳擬合動力學模型,隨著月球潮汐作用逐漸遠離,月球於地球早期更接近地球,會產生更大扭矩(torque),減緩地球自轉速度的效應也越強烈,上圖以黑色實線標示。

太陽對地球自轉速度產生的扭矩沒有太明顯的時間變化。

大氣層熱力作用,因大氣層受日夜變化溫差共振,每日長度約20小時,而大氣共振繞地球一週約10小時,大氣波動對地球自轉加速度效應巧妙抵消月球潮汐力的減速效應。22億年前首先達扭矩平衡,維持至14億年前,這時期每日長度稍有減少。

然後6億至4億年前又出現第二次短暫共振效應時段,地球每日長度沒有明顯變化,固定為約22小時。

團隊估計若沒有太陽與大氣層交互作用,僅有月球與海洋潮汐力影響地球自轉速度,地球現在一天長度將超過60小時。地球自轉速度變化與氣候變遷有很重要的關係,尤其近百年全球暖化趨勢,更多冰原融成淡水,海平面上升,都與地球質量分布相關,也和地球自轉速度變化密切相關。這類全球性變化和發展引起天文學家高度重視。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA