地球自轉

　　地球的一種重要運動形式。地球不停地繞自轉軸自西向東自轉，平均角速度為每秒7.292×10^-5弧度，在地球赤道上的自轉線速度為每秒465米。

　　各種天體東升西落的現象都是地球自轉的反映。地球自轉是最早用來作為計量時間的基準（見時間及其計量），這就形成瞭通常所用的時間單位──日。二十世紀以來，天文學的一項重要發現，是確認地球自轉速度是不均勻的，從而動搖瞭瞭以地球自轉作為計量時間的傳統觀念，出現瞭歷書時和原子時。到目前為止，人們發現地球自轉速度有三種變化：長期減慢、不規則變化和周期變化。

　　地球自轉的長期減慢，使日長在一個世紀內大約增長1～2毫秒，使以地球自轉周期為基準所計量的時間，二千年來累計慢瞭兩個多小時。地球自轉的長期減慢，可以通過對月球、太陽和行星的觀測資料以及古代日月食資料的分析加以確認。通過對古珊瑚化石生長線（化石表壁上的環脊）的研究，可以知道地質時期地球自轉的情況。例如，人們發現在泥盆紀中期，即37，000萬年以前，每年約有400天左右，這與天文論證的地球自轉長期減慢的量級是一致的。引起地球自轉的長期減慢的主要原因，可能是潮汐摩擦（見潮汐）。潮汐摩擦引起地球自轉角動量減少，同時使月球離地球越來越遠，進而使月球繞地球公轉的周期變長。這種潮汐摩擦作用主要發生在淺海地區。另外，地球半徑的脹縮，地核增生，地核與地幔之間的耦合也可能會引起地球自轉的長期變化。這些問題目前尚在研究中。

　　地球自轉速度除長期減慢外，還存在著時快時慢的不規則變化。這種不規則變化同樣可以在月球、太陽和行星的觀測資料以及天文測時的資料中得到證實。根據變化的情況，大致可以分為三種：①在幾十年或更長的一段時間內約有每年不到±5×10^-10的相對變化；②在幾年到十年的時間內約有每年不到±8×10^-9的相對變化；③在幾星期到幾個月的時間內約有每年不到±5×10^-8的相對變化。前兩種變化相對來說比較平穩，而最後一種變化是相當劇烈的。產生這些不規則變化的機制，目前尚無定論。比較平穩的變化可能是由於地幔與地核之間的角動量交換或海平面和冰川的變化引起的；而比較劇烈的變化可能是由於風的作用引起的。目前這些分析研究還處於探索階段。

　　地球自轉速度季節性的周期變化是在二十世紀三十年代發現的。除春天變慢和秋天變快的周年變化外，還有半年周期的變化。這些變化的振幅和位相，相對來說，比較穩定。相應的物理機制也研究得比較成熟，看法比較一致。周年變化的振幅約為20～25毫秒，主要是由風的季節性變化引起的。半年變化的振幅約為9毫秒，主要是由太陽潮汐引起的。由於天文測時精度的不斷提高，在六十年代末，從觀測資料中求得瞭地球自轉速度的一些微小的短周期變化，其周期主要是一個月和半個月，振幅的量級隻有1毫秒左右，這主要是由月球潮汐引起的。

　　廣義來說，地球自轉運動，除地球自轉速度的變化外，還包括地球自轉軸方向的變化。自轉軸在空間的運動就是歲差和章動；自轉軸在地球本體內的運動就是極移。把完整的地球自轉問題作為一個基礎理論課題進行系統研究，已有二百年左右的歷史。但其中許多基本問題，尤其是它的各種動力學的問題，並沒有得到完善的解決，仍然是天文學中的重要課題，吸引著許多著名的學者。此外，地球自轉與地球的其他各種運動形態也有廣泛深刻的聯系。因此，除瞭天文學傢外，地球物理、大地測量、地震、地質、氣象、海洋和古生物等學科的學者，都對地球自轉問題發生濃厚的興趣，形成瞭學科之間的交叉和滲透的局面。

　　

參考書目

　芒克和麥克唐納著，李啟斌等譯：《地球自轉》，科學出版社，北京，1976。(W.M.Munk and G.J.F.MacDonald，The Rotation of the Earth，CambridgeUniv.Press，London，1960.)

　M.G.Rochester，The Earth's Rotation，Tran-sactions，American Geophysical Union，1973.Vol，54，No.8，pp·769～780.