整整10億年，地球一天的時(shí)間都被“鎖定”為19小時(shí)，誰干的？

一天有24個(gè)小時(shí)，這只是對(duì)于生活在現(xiàn)代地球上我們而言。科學(xué)家早已發(fā)現(xiàn)，在地球漫長(zhǎng)的歷史中，其自轉(zhuǎn)速度一直在變慢，這也就意味著，在遙遠(yuǎn)的過去，地球上的一天要比現(xiàn)在短得多。那么，是什么在減慢地球的自轉(zhuǎn)速度呢？這個(gè)問題有一個(gè)廣為人知的答案：月球。

其原理簡(jiǎn)單來講就是，月球引力會(huì)在地球表面的海洋中形成明顯的潮汐隆起，由于地球自轉(zhuǎn)速度比月球公轉(zhuǎn)速度更快，因此這種潮汐隆起就會(huì)被地球帶著跑在地月連線的“前方”，如此一來，就會(huì)形成一個(gè)反向的扭矩，進(jìn)而對(duì)地球的自轉(zhuǎn)形成一種阻力。

盡管這樣的阻力非常微小，但在漫長(zhǎng)的時(shí)間里，地球的自轉(zhuǎn)動(dòng)能仍然會(huì)被一點(diǎn)一點(diǎn)地消耗，其中一部分能量轉(zhuǎn)移給了月球，導(dǎo)致月球距離地球越來越遠(yuǎn)，而地球自己則越轉(zhuǎn)越慢。

所以從這方面來講，在地球的歷史中，其自轉(zhuǎn)速度應(yīng)該是逐漸變慢的，地球上一天的時(shí)間也應(yīng)該始終具備一種逐漸變長(zhǎng)的線性趨勢(shì)。

然而科學(xué)家通過大量分析遠(yuǎn)古地質(zhì)記錄，卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：在距今約20億年至10億年之間，地球自轉(zhuǎn)逐漸變慢的線性趨勢(shì)消失了，以至于整整10億年，地球上一天的時(shí)間都被“鎖定”為19小時(shí)左右。

也就是說，在這個(gè)時(shí)間段里，有一種力量阻止了月球?qū)Φ厍蜃赞D(zhuǎn)的減速作用，這是誰干的呢？對(duì)此，科學(xué)家也非常感興趣，在經(jīng)過深入研究后，他們給出了一種合理的解釋：這應(yīng)該是太陽的杰作。咋回事呢？我們接著看。

需要知道的是，在白天的時(shí)候，太陽的光照會(huì)加熱地球的大氣，從而導(dǎo)致其發(fā)生膨脹，而到了晚上，地球大氣又會(huì)冷卻收縮，隨著晝夜交替，地球大氣就會(huì)產(chǎn)生一種巨大的周期性壓力波，為了方便描述，我們可以將其稱為“大氣熱潮汐”。

科學(xué)家表示，由于太陽輻射引起的大氣熱響應(yīng)與地球自轉(zhuǎn)之間的相位差導(dǎo)致了一個(gè)前向的力矩，因此“大氣熱潮汐”實(shí)際上是對(duì)地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了一個(gè)加速的扭矩。

在大多數(shù)情況下，“大氣熱潮汐”產(chǎn)生的加速扭矩，都遠(yuǎn)低于月球引發(fā)的海洋潮汐的減速扭矩，所以月球的“剎車”作用占據(jù)了主導(dǎo)地位，但在距今約20億年至10億年之間，情況卻不一樣。

具體來講，作為一種周期性壓力波，“大氣熱潮汐”在地球大氣中的傳播速度，與大氣的成分和溫度直接相關(guān)。根據(jù)科學(xué)家的研究，在那個(gè)時(shí)候，地球大氣的成分和溫度，使得“大氣熱潮汐”的傳播速度剛好與地球自轉(zhuǎn)速度相匹配。

在這樣的情況下，兩者就形成了一種微妙的“共振”現(xiàn)象，這會(huì)造成“大氣熱潮汐”對(duì)地球自轉(zhuǎn)的加速作用成倍增加，進(jìn)而趕上了月球的減速作用。

于是一場(chǎng)持續(xù)了整整10億年的“拉鋸戰(zhàn)”就此上演，即：月球引發(fā)的海洋潮汐試圖讓地球的自轉(zhuǎn)慢下來，而太陽引發(fā)的“大氣熱潮汐”則試圖推著地球轉(zhuǎn)得更快，由于這兩股力量勢(shì)均力敵，因此地球自轉(zhuǎn)的減速過程就停滯了，而地球上一天的時(shí)間，也就被長(zhǎng)期“鎖定”為19小時(shí)左右。

到了大約10億年前，地球經(jīng)歷了一系列劇烈的環(huán)境波動(dòng)（包括氣溫下降和大氣成分的改變），這種微妙的“共振”現(xiàn)象才終于被打破，在此之后，月球?qū)Φ厍蜃赞D(zhuǎn)的減速作用再次占據(jù)了主導(dǎo)地位，于是地球的自轉(zhuǎn)“剎車”被重新踩下，地球上一天的時(shí)間也開始繼續(xù)緩慢增加，直到現(xiàn)在的24個(gè)小時(shí)。

值得一提的是，月球?qū)Φ厍蜃赞D(zhuǎn)的減速作用至今仍未停止，它也因此在以每年大約3.8厘米的速度遠(yuǎn)離地球，所以在未來，地球上一天的時(shí)間還會(huì)繼續(xù)增加，根據(jù)科學(xué)家的估算，在大約2億年后，一天的時(shí)間將會(huì)是25個(gè)小時(shí)。

參考資料：Mid-Proterozoic day length stalled by tidal resonance. Nat. Geosci. 16, 567–569 (2023). doi.org/10.1038/s41561-023-01202-6