[What if]第26期——闰秒

原作:http://what-if.xkcd.com/26/

翻译:junglerubik

校对:Ent

本期问题:因为地球自转一直在变慢,我们需要时不时地增加一闰秒。那我们可以让地球自转加速,免去闰秒调整么?——Anton (德国柏林)

地球自转一直在变慢,这很麻烦。

麻烦的原因之一是这使得时间标准更加复杂。我们已经有太多时间标准了,包括:

国际原子时(TAI):以一台原子钟作为时标,无视任何地球运动

零类世界时(UT0)一类世界时(UT1):基于精确测量的地球自转周期

GPS时间系统:GPS卫星所使用的时间标准

协调世界时(UTC):计算机所使用的时间标准,有点像TAI,但为了与地球同步需要进行闰秒调整。

地球时(TDT)质心力学时(TDB)质心坐标时(TCB)地心坐标时(TCG):全都是更糟糕的标准

这会带来各种令人头疼的琐事,特别是对程序员来说。比如你手机的GPS时间会与系统时间相差16秒。因为手机系统使用的是协调世界时(有闰秒),而GPS时间并没有闰秒。这两个时间在1980年1月曾经是同步的,但今后大概再也不会了。

五亿年前(在地球年龄还是40亿年而不是45亿年的时候),一天只有22小时而不是现在的24。一天的长度由于来自月球的潮汐力渐渐变长了。

很粗略地说,潮汐阻力的原理大致是这样的:月球吸引海水,使海平面上升成一个鼓包,但这些上升的海水会因地球自转脱离月球引力的方向。而月球引力会试图把海水吸回来,因此产生沿着地球的切向力,使地球自转变慢:

奇怪的是,地球自转变慢的速度并不像潮汐阻力所预测的那么大。这差异主要来自于冰期后的地壳回弹。在上一次冰期,两极的地壳因冰川的重量被挤向赤道,现在地壳正处于弹回原处的阶段。这使得地球的质量向两极转移,更加接近自转轴:

这会让地球转得更快——或者说至少让变慢的速度降低。如果不想要闰秒,一天应该有正好86400秒,但现在我们的一天要比这个数多0.8毫秒。

由于天气等因素,这个差距会随时间而变化(自上世纪90年代初期这差距其实变小了点),虽然从长远看来,随着地球自转变慢,这差距肯定会越来越大。

如果我们想取消闰秒,那就得让地球以固定速率旋转。这意味着要让地球自转加速,使每天的长度减少0.8毫秒。

这是一项非常艰巨的任务。下面是一些没用的方法:

在旋转椅上逆时针旋转。这会暂时改变地球的旋转速率,但太过微小,改变不了什么。#xkcd No.162 和No.815梗

在赤道上安装火箭引擎。这样做也没用,因为排出的气体会进入大气层,以风阻的形式把反作用力又施加回来——这就像坐在自行车上推着把手不能让车前进一样。如果有办法把引擎安置在大气层之外,那倒是能加速地球自转,但依然不足以实现我们的目标。

引发大地震。这能改变一天的长度,但就连大地震也不足以带来明显的差异。

到头来,只有一种方案:用小行星撞地球。总有一天,我们能发射一艘宇宙飞船(舰长是布鲁斯·威利斯的邪恶化身 #还记得《绝世天劫》么#),让它不停地靠近一颗彗星。逐渐地,引力摄动会引导彗星进入一条撞击地球的轨迹。让它以恰当角度撞击地球,我们就能推地球一下:

即使彗星在大气层中燃尽了,它的动量也能通过风阻传递到地球表面(需要花几天时间)。地核需要大概十年的时间才能和地壳同步旋转,因此我们必须非常小心地制定撞击计划,以免矫枉过正。

接下来是坏消息:为了得到足够的转动量,每秒要用大概一百万立方米的岩石撞击地球(这是亚马逊河流量的好几倍)。这加起来意味着每几天就要挨一次当年灭绝恐龙的那颗直径十公里的小行星。人类——以及任何生命——都无法在这样的轰击中存活多久。

如果用较小的小行星持续撞击呢?
假设《小王子》中的B-612小行星直径为4米,并且由岩石组成。那为了维持足够的推力,平均每秒钟要有大概5万颗这样的小行星进入大气层。
可惜的是,持续不断的高空流星雨所传递给大气的能量和那种一天撞一次大的方式是一样的,而且最终死亡人数也会是一样的:70亿人类,外加每天40亿小王子。

但我们至少不需要烦恼闰秒了。

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