研之有物》一天24 小時不夠用？再等等，地球自轉越來越慢……

中學生就知道地球會自轉，自轉形成晝夜，自轉軸傾斜造成季節。

但你知道嗎？地球自轉其實是忽快忽慢的，沒有一天是24 小時，長期來說還有越轉越慢 ... 即時 熱門 政治 社會 生活 健康 國際 地方 蒐奇 影音 財經 娛樂 藝文 汽車 時尚 體育 3C 評論 玩咖 食譜 地產 專區 TAIPEITIMES 求職 爆 Search 自由電子報 自由評論網 評論首頁 政經 社會 生活 國際 名人 言論 專欄 媒體 投書 自由評論網粉絲團 自由影音 即時 熱門 政治 社會 生活 國際 地方 蒐奇 財經 娛樂 藝文 汽車 時尚 體育 3C 評論 玩咖 食譜 健康 地產 專區 服務 自由電子報APP 自由電子報粉絲團 自由電子報Line 自由電子報Twitter 熱門新訊 評論 > 媒體 研之有物》一天24小時不夠用？再等等，地球自轉越來越慢…… 說起地球自轉，首先得弄清楚：地球為什麼會轉，第二個問題是：為啥轉了46億年還不會停？ 研之有物 2021/02/1510:00 一天24小時不夠用？再等等，地球自轉越來越慢……（圖片來源：https://www.freepik.com/） 研之有物 地球自轉學問大 中學生就知道地球會自轉，自轉形成晝夜，自轉軸傾斜造成季節。

但你知道嗎？地球自轉其實是忽快忽慢的，沒有一天是24小時，長期來說還有越轉越慢的趨勢。

地球自轉軸也不是雷打不動，它會繞圈圈、各種搖擺，導致歲差和北極點不斷漂移等古怪現象。

中研院地球科學研究所特聘研究員趙丰，帶你穿越上下億萬年的古今地球，聊聊中學地科老師沒告訴你的事。

趙丰，曾任美國國家暨太空總署（NASA）太空測地學實驗室主任，2006年離開NASA，回到臺灣任教，曾任中央大學地球科學學院院長、中研院地球科學研究所所長，目前為中研院地球科學研究所特聘研究員。

（攝影│林洵安） 太陽系分家產 說起地球自轉，首先得弄清楚：地球為什麼會轉，第二個問題是：為啥轉了46億年還不會停？請繼續往下閱讀... 「地球會轉，是因為它在太陽系形成之初，分到一部分的『家產』：角動量。

」趙丰幽默的比喻：「地球為什麼到現在還轉不停？因為分到的家產（角動量）還沒有用完啊。

」 角動量是什麼？簡單說，它是物體轉動時的一種物理量。

物體的質量越大、轉動半徑越大、轉速越快，角動量就越大。

更重要的是，在沒有外力的情況下，角動量永遠守恆，不會變多、也不會變少，只能互相交換。

怎麼交換？靠摩擦！比方說，兩個旋轉的陀螺擦撞、分開，結果一個變慢，另一個就變快，就是前者的角動量藉由摩擦轉移到後者。

而地球分到的角動量，則是跟太陽系其他天體「摩擦」來的。

時間回到46億年前，一場劇烈的超新星爆炸，太陽系誕生了。

新生的太陽系宛如爐子上的一鍋熱粥，大小天體亂轉亂竄，就像一顆顆高速旋轉的大小陀螺，不斷發生碰撞，交換彼此的角動量。

太陽系形成的初始條件，決定了整個太陽系的角動量總和。

所有天體藉由互相撞擊，交換彼此的角動量，各自分得一部份「家產」。

圖片來源│NASA 最後，太陽、地球、其他行星、小行星等所有天體，各自分到一部份的角動量（家產），恆星和行星開始穩定的公轉和自轉，太陽系才逐漸成形。

然後勒？「從此，地球就過著穩定旋轉的日子……」並沒有！首先，地球自轉忽快忽慢，沒有一天是24小時。

地球自轉忽快忽慢 在原子鐘發明以先，地球自己就是時鐘。

人們把地球自轉一周後，回到面對太陽同一角度所經歷的時間，訂為「一天」，後來又把一天等分為24份，每一等分稱為1小時。

近代改用原子鐘定義時間，重新測量地球自轉。

結果發現： 二、三十年下來，地球自轉沒有一天是24小時。

每天都跟24小時或多、或少差了千分之一、二秒。

為什麼？地球沒有受到外力，角動量不是應該守恆嗎？ 「因為地球不是一塊死板板、硬梆梆的剛體，」趙丰說：「大氣環流、海洋洋流、地函對流，地球時時刻刻都在變化。

」 地球自轉有角動量，大氣環流、海洋洋流、地函對流也有角動量。

所謂角動量守恆，是指地球上所有物體角動量的總和不變，但可以互相交換。

比方說，地球自轉是由西向東轉，當大氣向東流速變快，會對地面的推擠摩擦，從地球本身「借走」一點角動量，導致地球自轉變慢；相反的，如果大氣向東的流速變慢，也會藉著摩擦，「還給」地球一些角動量，使地球自轉變快。

地球不是一整塊死板板的剛體，大氣環流、海洋洋流、地函對流、巨大地震、冰河融化……地球無時不刻不變化。

尤其是當大氣、海洋、地函對流方向等等發生改變，因為角動量守恆，地球自轉就會忽快忽慢。

資料來源│趙丰圖片重製│林洵安 「今天大氣拿走一點，明天海洋還來一點，加加減減的，地球自轉就忽快忽慢了，」趙丰繼續比喻：「就像銀行的存款，今天吃個大餐，明天領個薪水，每天生活的收入支出，都會讓戶頭金額微微變動。

」 但麻煩來了！如果地球好一陣子都轉得比較慢，一天慢個一千分之一秒，兩三年下來，就可能慢上1秒了。

我們該不該把原子鐘也塞進1秒，以免跟地球自轉越差越遠，這就是過去發生了二十幾次的閏秒事件。

最近一次閏秒發生在2017年的1月1號，那年元旦假期幸運的多了……1秒鐘。

地球越轉越慢、月球越來越遠 好幾年才加減1秒，根本無感？沒關係！如果把時間拉長，從幾百萬、幾千萬、幾億年的尺度來看，地球真的越轉愈慢，每100年穩定慢上千分之一秒。

可別小看千分之一秒？想想，如果是累積了100萬年、100個100萬年（1億年）……差距就非常可觀，而地球已經46億歲了。

從化石證據知道，4億年前，地球一天只有22小時，再往前推，新生地球可能幾小時就轉一圈！反過來說， 當未來地球越轉越慢，一天真的有25小時可用。

只不過還要再等上……2億年。

誰讓地球剎車了？罪魁禍首是：月球！月球吸引地球的海水，引發潮汐現象，海水來來回回摩擦地表，就像貼在地球表面的「剎車皮」，讓地球慢慢「減速」。

至於地球消失的角動量，則被月球神不知鬼不覺的接收，用來增加月球公轉的速度…… 月球在地球引發潮汐，讓地球慢慢減速，地球消失的角動量則轉移到月球，增加月球公轉的速度。

「為什麼不是增加月球自轉的速度？」因為地球對月球的潮汐力更強，造成月面如海水起伏摩擦，早就讓月球自轉「停擺」了，現在只能用同一面面對地球。

圖│林洵安（資料來源│趙丰） 「可是……不是說角動量一定要守恆嗎？但地球的角動量越來越少了……」 地球和月球互相吸引，又不受外力影響，可以看成一個系統。

地球消失的角動量轉移到月球，整個系統的角動量還是守恆的！ 月球的公轉角動量增加，又造成一個有趣的現象： 月球公轉速度變快，地球引力越來越拉不住它，於是月球越跑越遠、公轉軌道越來越大，每年平均遠離地球3.8公分。

由此反推，過去月球應該離地球非常近，當時月亮大又圓，而且每次漲潮都是恐怖大海嘯。

而未來，地球將越轉越慢，直到停止自轉，最後永遠只用同一面對著月球。

屆時，地球只有一半地區可中秋賞月，但那時月亮只不過是天邊一顆不起眼的小白點。

地軸從來不安分 最後，地球自轉不只愈來愈慢，自轉軸還會各種搖擺，就像你甩出陀螺或是丟出飛盤，它們的旋轉軸也會繞圈圈或是些微晃動。

最有名的就是歲差現象：地軸週期性的繞圈圈，造成春分、秋分，冬至、夏至相對於星體的角度年年改變。

幕後的主要黑手是：太陽和月球的引力，使地球自轉軸以25800年為週期，繞出一個圓錐。

影響所及，人類的曆法必須考慮它、對它修正，才能跟著上地軸的「舞步」。

地球就像陀螺一樣，自轉軸會週期性的繞圈圈，造成春分、秋分，冬至、夏至相對於星體的角度年年改變，比方說：地軸所對的「極星」隨著時間改變，未來將從北極星轉向織女星。

資料來源│趙丰圖片重製│林洵安 但即使沒有外力，地球自轉軸也會自己擺動，造成許多古怪的現象，像是北極點不斷漂移，稱為極移。

早在1900年，人類就訂出地理北極點的位置，統一全世界的地圖和座標。

但事實是，地球真正的北極點每天都像個陀螺似的，一邊打轉、一邊朝美國東部的方向漂移，目前已移動十多公尺。

原因與冰河期後的反彈現象有關。

在冰河期，地表被厚重的冰層壓住，等到冰河期一過，冰原融化了，壓力解除了，大地就像彈簧床緩緩回彈，使地表某些地區「長胖」了。

地球的「形狀」改變了，質量重新分配，自轉軸也會跟著微調，真正的北極點（自轉軸穿出北方地面之處）也就換位置了。

這還是角動量守恆的結果！你可以把同一塊黏土捏成各種形狀，試著轉轉看，就會發現轉動軸真的會改變。

地球的北極點從來都不安份，從1900年開始，北極點已經朝向美國東部方向漂移十多公尺（圖中綠色箭頭，但為了方便辨識，將實際尺度大大的誇張）。

圖片來源│NASA 看到這裡，地球的大轉、小轉是不是把你的腦袋轉暈了呢？總的來說，地球自轉宛如氣勢恢弘的交響樂曲，主旋律是漸慢板，但其中還隱藏著更多奇妙的副旋律，崮中奧妙有賴科學家細細品聆了。

地球自轉的學問好有趣，但跟生活好像沒有關係？ 關係可大了！如果沒有研究地球自轉，GPS就無法精確定位，現代人的日子就沒法過了。

現代開車、找路都需要的 GPS （全球定位系統）衛星導航。

原理是：地面接受器同時接收某四顆衛星傳來的訊號，訊號中有每顆衛星的座標和訊號發射時間，接受器再由收到訊號的時間差，反推每顆衛星距離它多遠，最後綜合考慮四顆衛星的座標和距離，推算出地面接受器當下的位置，完成定位任務。

問題來了！地球本身會自轉，接受器自己就動來動去，怎麼精確評估與衛星的距離？所以接受器必須時時接收當下地球自轉的資訊，修正計算，以免導航誤差。

值得一提的是，GPS的成功使用與地球自轉研究非常密切。

譬如當地球上的科學家為了追蹤和指揮太空飛行物，或是發射到其他行星的太空船，地面指揮站必須能精準計算距離和位置，而第一步就得先扣除地球自轉造成的誤差。

另外，地球自轉的研究也能幫助評估全球暖化的人為影響。

地球自轉是怎麼測量的呢？過去科學家是用現成的星星當作參考座標系，但不夠精確。

現今使用的精密儀器，包括人造衛星的雷射測距、無線電天文的長基線干涉術，以及全球定位系統GPS。

例如：以遍布全球上空的衛星當作座標（如上圖），測量地面測站與天上四顆衛星在不同時刻的距離，計算出地面測站不同時刻的位置變化，藉此推知地球自轉的速度。

圖片重製│林洵安 全球暖化跟地球自轉有什麼關係？ 當前有種迷思：地球本來就有週期性的氣候變遷，例如：冰河期和間冰期的來來去去，目前的暖化現象只是自然週期的一部份，人為的影響不是主因，一切都是某些科學家大驚小怪。

所以科學家必須了解冰河期的自然週期，作為全球暖化的背景資料，才能正確評估人類的影響程度。

而冰河期最重要的成因，來自其他行星引力，首先改變地球公轉軌道，讓它變得更橢或更圓，此週期約為10萬年。

當軌道越橢，日照量越少，冬夏差異越大，冰河期越容易發生。

其次，行星引力造成地軸傾角週期性的擺盪，也會影響冬夏差異的強弱，這個週期約為4萬年。

最後，地球公轉軌道也會晃動，加上地球自轉軸本來就會轉圈圈，聯手改變地球最接近或遠離太陽的日子，週期約為2萬年。

當北半球冬季遇上遠日點，就容易形成冰河期。

資料來源│趙丰圖片重製│林洵安 以上這些「萬年起跳」的週期，就是地球氣候變遷的自然週期。

由此可知，人為破壞雖然局部的，但是3~5年就相當有感，效果又快又猛烈，真的是全球暖化的主要凶手。

地球自轉還有什麼有趣的研究方向嗎？ 所有地球自轉會發生的現象，在其他行星上都會發生。

前面說過地球對月球的潮汐力，讓月球只能用同一面面對地球，這個現象就廣泛的發生在各大行星與它們的衛星。

國外行星研究正夯，這是很有發展的方向。

地球自轉還能探索地球內部。

當前科技無法像電影般潛入地心，地球內部現象必須依靠地表能夠量測的數據反推，包括地震波、重力場、地球自轉變化、磁場的變化量。

最近兩三年，我從地球自轉的快慢變化，發現一個6年上下的小週期震盪，推測地球的內心會像鐘擺一樣來回搖擺。

我的推論是：地球的內核和外核不是完美的圓形，中間又隔著液體層，所以內核在液體內可能會晃動，造成鐘擺般的簡諧運動。

當地球內核晃動，外面地殼因為角動量守恆就會跟著改變轉速，造成地球自轉週期性的改變。

總之，只要發揮想像力，可以做的主題非常多，非常有趣的！ 採訪編輯｜黃曉君 美術編輯｜林洵安 本文經授權轉載自研之有物一天24小時不夠用？再等等，地球自轉越來越慢…… 不用抽不用搶現在用APP看新聞保證天天中獎　 點我下載APP　 按我看活動辦法 已經加好友了，謝謝 歡迎加入【自由評論網】 按個讚　心情好 已經按讚了，謝謝。

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