逍遥学能 2017-09-07 13:09
地球年龄是46亿年。它是怎样度过这漫长的岁月呢？它没有睡大觉。这里，仅介绍它生活的一个侧面自转。
自转，不仅是地球，而且几乎是所有星体的固有属性。人类对地球自转的认识是有一个过程的。古人曰：地体虽静而终日旋转，如人坐舟中而不沉。（《尚书纬考灵曜（yao）》）这是根据对天象的观察和相对性原理做出的判断。19九世纪，法国科学家傅科发明了一个长达67米的专用摆，通过观测证实，地球向东旋转，从而做出地球自转的科学结论。地球自转一周大约是86400平太阳秒；自转轴的取向，大约是北极星的方向。那么，从古至今，以及从今往后，地球是否一直这样转呢？
首先说说转动速度的变化。地球自转一周的时间，科学上叫日长。据古日蚀资料和古生物化石资料得知，遥远过去的日长比现在的短。如2～3亿年前的日长仅78840秒。即，地球自转逐年变慢，其日长平均每百年增加2.8毫秒。人生不过百年，从人降临尘世到寿终正寝，日长仅仅增加一秒的千分之二三，如何察觉呢？依靠高精度的时间服务系统（如铯原子钟等）和高精度的测距仪器（激光测距超长干涉仪等），已经可以对地球转速的微小变化进行测定。例如，北京天文台测量室，就不断发表这方面数据。如：1983年1月的地球转速测定为：7.29211491010-5弧度/秒，其相对变化为32410-10。
再说说转轴方向的变化。先打个比方，儿童喜欢抽陀螺。陀螺是一个快速旋转的锥体。当陀螺转速变慢，且转轴有倾斜时，会在重力矩作用下，在地上绕大圈，转轴也在转动，转了几圈后，才慢腾腾地停下来。这在物理学上叫进动，即其转动轴在空间不停地改变方向。这种现象在天文学上叫岁差。由于地球自转所发生的进动，类似于陀螺，故本讲题目为空中陀螺。
地球自转轴方向的变化中还有一个重要现象，叫晃动。在物理学上属于一种自由运动，即在没有外力作用下，因为质量分布改变而引起的运动状态的改变。这种晃动可以通过精确的纬度测量计算出来。晃动，体现为地极运动。最著名的晃动，是14个月周期的钱德勒晃动。实际上，地极位置无时无刻不在改变。如，北京天文台测量给出1983年1月5日的地极位置为：x=213，y=283。地极位置的年变化相当于地面几十米距离。此距离与地球相比，当然很小。但这些微乎其微的变化是发生在质量为5.981021吨、年龄达46亿年的地球上！山不厌尘，故成其大；海不厌细，故成其深。自转的微小变化，化作一种十分可观的地球动力源，被引入地球科学的许多领域：自转与地震活动关系，自转与地壳构造运动关系，自转与磁场变化关系不过，地球自转与这些现象的具体关系还不十分明朗，有待人们去探索。有道是：坐地日行八万里，无酒也醉醉陀螺。纵使日长增毫秒，岁月无痕叹蹉陀。