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一天少了1.59毫秒,地球自转也在“赶时间”?

一天少了1.59毫秒,地球自转也在“赶时间”?
2022-09-22 15:05:16 来源:中华网山东频道

长期来看,地球自转趋于变慢,科学家预计再过1亿年,一天可以增加半小时;而在稍短的时间尺度内,比如未来几万年或几十万年,随着月球的潮汐力减弱等,地球自转减速则会趋缓。

8月25日,第二届中国空间科学大会在山西太原举办。会上,原子钟作为一个重要话题被提及。

作为最精确的计时工具,原子钟在人类计时史上作出了不少贡献,而在不久前,有科学家利用高精度原子钟记录了迄今最短的一个地球日。

一般来说,一个地球日约为24个小时。可是在今年的6月29日,地球自转一周的时间却比24小时少了1.59毫秒,成为原子钟计时以来最短的一天。

地球自转一周的时间缩短,意味着地球的自转加速。根据《亚洲—大洋洲地球科学学会年度会议报告》,科学家们认为此次地球的自转加速是由钱德勒摆动导致的。

那么,原子钟计时是什么原理?地球自转真的在加速吗?钱德勒摆动是如何产生的?近日,记者就这些问题采访了相关专家。

世界上最准确的计时工具

“常见的时间系统有3种,分别是以地球自转周期为基准的世界时(UT)、以地球绕太阳公转周期为基准的历书时(ET)和以铯原子内部电磁振荡频率为基准的原子时(AT)。”中国航天科技集团有限公司第五研究院510所研究员翟浩向记者介绍。

时间系统的发展,经历了从天文时发展到原子时的过程。天文时是指观测天文现象,也就是日月星辰等天体的周期性运动得到的时间,包括上面提到的世界时和历书时。原子时指的则是利用原子钟,以原子吸收或释放能量时发出的电磁波为基准得到的时间。

原子时萌芽于20世纪40年代末期,诞生于20世纪50年代初期。1967年,第十三届国际计量代表大会决定,将秒的定义从天文秒改为原子秒,即将铯原子零场基态超精细跃迁的9192631770个周期所持续的时间定为1秒,称作原子秒,并将1958年1月1日0点0分0秒作为原子时的计时起点,从而开创了以微观量子跃迁为计时标准的新时代。

翟浩表示,原子钟常用的元素有铯、铷、氢以及碱土金属等。由于这类原子具有非常高精度的能级跃迁,因此其输出的电磁波非常稳定。一系列的精密仪器控制这些电磁波,使得原子钟的计时非常准确。典型的铯原子束频标的准确度为10-14量级,比宏观计时的天文时准确度高了数个数量级。如此准确的原子时,为天文、航海、航天等领域的发展提供了强而有力的保障。

“从工作原理看,原子钟是基于量子力学和原子物理等物理机理,利用原子跃迁原理产生稳定而准确的时间频率信号的设备。”翟浩表示,原子钟分为微波原子钟和光钟两大类,目前作为国际时间频率基准使用的铯原子喷泉钟,属于微波原子钟,其准确度已经达到很高的指标。中国计量科学研究院的铯原子喷泉基准钟NIM6的频率不确定度优于5.8×10-16,相当于5400万年不差1秒。中国科学院国家授时中心等单位的光钟也达到了国际先进水平,系统不确定度达到了5×10-17,相当于6亿年不差1秒。

世界时与地球自转关系密切,地球自转加快,则世界时加快,地球自转减慢,则世界时减慢。因此,随着时间的迁延,原子时和世界时两种时间尺度的差距将会越来越大。

目前国际通用的标准时间叫做协调世界时(UTC),它是以原子时的秒长为基础,在时刻上尽量接近于世界时的一种国际时间计量系统。每当原子时和世界时两者之差逐年积累达到0.9秒时,协调世界时就通过正负1闰秒的方式弥补误差,同时保持时间尺度的均匀。

关键词:地球,自转

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