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第三講 空中陀螺(地球自轉)
更新時間: 2018-10-21

地球年齡是46億年。它是怎樣度過這漫長的歲月呢?它沒有睡大覺。這里,僅介紹它“生活”的一個側面——自轉。

自轉,不僅是地球,而且幾乎是所有星體的固有屬性。人類對地球自轉的認識是有一個過程的。古人曰:“地體雖靜而終日旋轉,如人坐舟中而不沉?!保ā渡袝暋た检`曜(yao)》)這是根據對天象的觀察和相對性原理做出的判斷。19九世紀,法國科學家傅科發明了一個長達67米的專用擺,通過觀測證實,地球向東旋轉,從而做出地球自轉的科學結論。地球自轉一周大約是86400平太陽秒;自轉軸的取向,大約是北極星的方向。那么,從古至今,以及從今往后,地球是否一直這樣轉呢?

首先說說轉動速度的變化。地球自轉一周的時間,科學上叫“日長”。據古日蝕資料和古生物化石資料得知,遙遠過去的日長比現在的短。如2~3億年前的日長僅78840秒。即,地球自轉逐年變慢,其日長平均每百年增加2.8毫秒。人生不過百年,從人降臨塵世到壽終正寢,日長僅僅增加一秒的千分之二三,如何察覺呢?依靠高精度的時間服務系統(如銫原子鐘等)和高精度的測距儀器(激光測距——超長干涉儀等),已經可以對地球轉速的微小變化進行測定。例如,北京天文臺測量室,就不斷發表這方面數據。如:1983年1月的地球轉速測定為:7.292114910×10-5弧度/秒,其相對變化為324×10-10。

再說說轉軸方向的變化。先打個比方,兒童喜歡“抽陀螺”。陀螺是一個快速旋轉的錐體。當陀螺轉速變慢,且轉軸有傾斜時,會在重力矩作用下,在地上繞大圈,轉軸也在轉動,轉了幾圈后,才慢騰騰地停下來。這在物理學上叫進動,即其轉動軸在空間不停地改變方向。這種現象在天文學上叫歲差。由于地球自轉所發生的進動,類似于陀螺,故本講題目為“空中陀螺”。

地球自轉軸方向的變化中還有一個重要現象,叫晃動。在物理學上屬于一種自由運動,即在沒有外力作用下,因為質量分布改變而引起的運動狀態的改變。這種晃動可以通過精確的緯度測量計算出來?;蝿?,體現為地極運動。最著名的晃動,是14個月周期的錢德勒晃動。實際上,地極位置無時無刻不在改變。如,北京天文臺測量給出1983年1月5日的地極位置為:x=213″,y=283″。地極位置的年變化相當于地面幾十米距離。此距離與地球相比,當然很小。但這些微乎其微的變化是發生在質量為5.98×1021噸、年齡達46億年的地球上!山不厭塵,故成其大;海不厭細,故成其深。自轉的微小變化,化作一種十分可觀的地球動力源,被引入地球科學的許多領域:自轉與地震活動關系,自轉與地殼構造運動關系,自轉與磁場變化關系……不過,地球自轉與這些現象的具體關系還不十分明朗,有待人們去探索。有道是:坐地日行八萬里,無酒也醉醉陀螺??v使日長增毫秒,歲月無痕嘆蹉陀。


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