地球自转并非完美的节拍器
地球的自转感觉像是自然界最可靠的节奏，但它并非完全稳定。几十年来，科学家一直在记录一天长度的微小变化，这些变化可能只有几毫秒。大多数人永远不会注意到它们，但研究人员却极为关注，因为这些测量指向的远比一个闪烁的时钟更为宏大：地球自转的速度正在改变。
目前已知有几种相互重叠的原因。大气和海洋的变化可以使自转加快或减慢。大地震可以移动地球上的质量。大陆冰层融化向海洋增加了巨量的水，这是另一个可以重新分配重量的过程。这些因素有助于解释一些更突然和近期的变化，但它们并不能解释在数十年跨度内看到的所有变化。
看得比地幔更深
其中一些无法解释的变化似乎来自地表以下很远的地方。在地球岩石地幔之下是外核，这一层厚约1400英里，由极热的液态金属组成，始终在流动。当这些流动发生变化时，它们可以微妙地改变地球其余部分的旋转速度。
困难一直在于解释这种影响如何从一层传递到另一层。地核与地幔之间的摩擦力太弱，无法单独完成这项工作，因此地质学家一直在寻找地球内部的其他机制。本周发表在《自然》杂志上的一项新研究提出，他们可能已经找到了其中一种隐藏的联系。
引力与阻力之间的较量
研究人员提出，来自内核的引力将自转拉向一个方向，而地核与地幔之间的其他相互作用则产生反推。几十年来，这种竞争可能在地球自转中产生微小的加速和减速。这一想法依赖于这样一个事实：内核的自转速度与地球其余部分不同，使其与地幔中某些质量不规则处略微错位。
然而，引力会努力恢复平衡。参与这项研究的阿尔伯塔大学地球物理学家Mathieu Dumberry在一份新闻稿中表示，地核本质上想要对齐。换句话说，引力试图将地球内部的各层拉回更和谐的安排。这种拉力虽然微弱，却可以影响地球表面的自转。
重建1964年至2019年的自转
为了评估这一假设，作者重建了这种相互作用在1964年至2019年间可能如何影响地球自转。他们依赖于对内核自转的地震学估计以及外核液态金属流动的模型。这种结合使他们能够检验深层之间的引力耦合是否可以解释所观察到的一些自转变化。
呈现出来的并非单一戏剧性事件，而是缓慢的累积。微小的推拉，经过多年重复，可以累积成一天长度的可检测变化。该研究并未声称这一机制解释了所有变化。相反，它为在不同地球系统部分运作的日益增多的影响因素清单增添了一个候选过程。
为什么毫秒很重要
一天长度相差几毫秒听起来可能微不足道。但对自转的精确测量为科学家提供了一个了解地球内部的窗口。自转速度正在变化这一事实本身就很重要的，而解释它的探索揭示了地球有多少层是相互连接的。
大气、海洋、地震、融化的冰、外核流动和内核引力都属于同一个耦合系统。每一个都在自己的时间尺度上运作，每一个都能在地球自转中留下微弱的印记。解开这些印记有助于研究人员理解哪些力量在哪些时刻占主导，以及能量和质量如何在地球中移动。
塑造一天长度的众多力量
这一新提议符合将地球视为一个动态的、分层的世界而非一个固体、静态球体的更广阔图景。已知和推测的贡献因素包括：
- 大气和海洋波动：空气和水循环的变化可以略微加快或减慢地球的自转。
- 大地震：这些事件可以重新分配地球内部的质量，以微小但可测量的方式改变自转。
- 大陆冰层融化：添加到海洋中的水改变了质量分布，并可以影响自转。
- 外核流动：液态金属层中的运动可以改变地球其余部分的自转速度。
- 内核引力：内核与地幔不规则处之间的引力可能产生一种长期推拉，影响一天的长度。
这些机制并非孤立运作。一个区域的变化可以传播到另一个区域，由此产生的自转变化是许多微妙效应的总和。
这项研究解决了什么，又没有解决什么
研究人员认为，他们已经识别出地球自转中的一个隐藏齿轮，而非整个钟表机构。力量如何从深部内部传递到地表一直是个谜，地核与地幔之间的弱摩擦无法单独解释它。这项新工作提出引力可能是一条传动带，内核对地幔不规则处的吸引力提供了必要的耦合。
这一发现很重要，因为它连接了相距数千英里的过程。它也为科学家提供了一种思考数十年尺度一天长度变化的新方式。与此同时，该研究并未排除大气、海洋、地震或冰层融化的作用。这些力量仍然是解释的一部分，尤其是对于更快速的变化。
目前，地球的一天将继续以无人能感觉到的微小分数变化。但这些毫秒携带着关于地球深处一场引力斗争的信息，这场缓慢的较量有助于塑造每一天的长度。
本文基于Wired的报道。阅读原文。
Originally published on wired.com
