天体物理学家揭示为什么地球的一天在十亿

　　一组天体物理学家已经表明，从大约20亿年前到6亿年前，由太阳驱动的大气潮汐抵消了月球的影响，使地球的自转速率保持稳定，一天的长度保持在恒定的19.5小时。致谢:凯文·m·吉尔

　　据多伦多大学：多伦多大学(U of T)的一个天体物理学家小组揭示了由月球潮汐引力引起的地球一天缓慢而稳定的延长是如何停止了十亿多年的。

　　他们表明，从大约20亿年前到6亿年前，由太阳驱动的大气潮汐抵消了月球的影响，使地球的自转速率保持稳定，一天的长度保持在恒定的19.5小时。

　　如果没有这十亿年来地球自转变慢的停顿，我们现在的一天24小时将会延长到60多小时。

　　描述结果的研究，“为什么一天有24小时长；地球大气热潮汐、成分和平均温度的历史”发表在今天的《科学进展》杂志上。利用地质证据和大气研究工具，科学家们表明，太阳和月亮之间的潮汐僵局是由大气温度和地球自转速率之间偶然但非常重要的联系造成的。

　　这篇论文的作者包括诺曼·默里，一位来自T大学加拿大理论天体物理研究所(CITA)的理论天体物理学家；武汉大学物理系研究生吴汉波，；多伦多斯卡伯勒大学天文与天体物理学系和物理与环境科学系；Jeremy Laconte，波尔多天体物理实验室，前CITA博士后研究员；和克里斯托弗·李，麻省理工大学物理系

　　当月球在大约45亿年前首次形成时，一天不到10个小时。但从那以后，月球对地球的引力一直在减缓我们地球的自转，导致一天越来越长。今天，它继续以每世纪1.7毫秒的速度增长。

　　地球大气的功率谱。x轴是波长，例如，对于从西向东传播的波，5是地球周长的五分之一的波长，而-5表示相同的波长，但是对于从东向西传播的波。y轴是频率，以每天的周期为单位，例如2表示每天两个周期，即12小时。棕色的细线显示了太阳在一、二、三等位置的作用力。每天的周期数(24小时、12小时、8小时等)。鸣谢:阪崎&汉密尔顿

　　月球通过拉扯地球的海洋来减缓地球的自转，在地球的相对两侧产生潮汐隆起，我们经历了高潮和低潮。月球对这些凸起的引力，加上潮汐和海底之间的摩擦，对我们旋转的星球起到了刹车的作用。

　　“阳光也产生了具有相同类型凸起的大气潮汐，”默里说。“太阳引力拉动这些大气凸起，对地球产生一个扭矩。但它没有像月球那样减缓地球的自转，反而加速了地球的自转。”

　　在地球地质历史的大部分时间里，月球潮汐比太阳潮汐强10倍左右；因此，地球的旋转速度变慢，白昼变长。

　　但是大约20亿年前，大气凸起更大，因为大气更温暖，因为它的自然共振——波穿过它的频率——与一天的长度相匹配。

　　大气就像一个钟，在由包括温度在内的各种因素决定的频率下共振。换句话说，就像1883年印度尼西亚喀拉喀托火山大爆发所产生的波浪一样，波浪通过它的速度取决于它的温度。同样的原理解释了为什么当温度不变时，钟总是发出同样的声音。

　　在地球历史的大部分时间里，大气共振一直与地球的自转速率不同步。今天，两次大气“涨潮”各需要22.8小时环游世界；因为共振和地球24小时自转周期不同步，大气潮汐相对较小。

　　默里和他的合作者在他们的研究中依赖于地质证据，比如这些来自潮汐河口的样本，它们揭示了大潮和小潮的循环。信用:通用电气威廉姆斯

　　但在研究的十亿年期间，大气更温暖，并以大约10小时的周期产生共振。此外，在那个时代的到来，地球的自转，被月球减慢，达到20小时。

　　当大气共振和一天的长度变成偶数因子(10和20)时，大气潮汐得到加强，凸起变得更大，太阳的潮汐引力变得足够强，可以抵消月球潮汐。

　　“这就像推一个荡秋千的孩子，”默里说。“如果你的推进力和摆动的周期不同步，它不会走得很高。但是，如果它们是同步的，当秋千在它行程的一端停下来时，你正在推动，这种推动会增加秋千的动量，它会走得更远更高。大气共振和潮汐就是这样发生的。”

　　除了地质证据，默里和他的同事们还利用全球大气环流模型(GCMs)预测了这一时期的大气温度。大气环流模型和气候学家用来研究全球变暖的模型是一样的。根据Murray的说法，他们在团队研究中表现如此出色的事实是一个及时的教训。

　　“我和那些对气候变化持怀疑态度的人谈过，他们不相信告诉我们我们正处于气候危机的全球循环模型，”默里说。“我告诉他们:我们在研究中使用了这些全球循环模型，他们是对的。他们工作。”

　　尽管它在地质历史上很遥远，但这一结果为气候危机增加了额外的视角。因为大气共振随温度而变化，默里指出，我们当前变暖的大气可能会对这种潮汐不平衡产生影响。

　　“随着全球变暖，我们增加了地球的温度，我们也使共振频率变得更高——我们正在使我们的大气层远离共振。结果，来自太阳的扭矩减少了，因此，白天会变得更长，比其他情况下更快。”