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  地球的一种重要运动形式。地球不停地绕自转轴自西向东自转,平均角速度为每秒7.292×10-5弧度,在地球赤道上的自转线速度为每秒465米。

  各种天体东升西落的现象都是地球自转的反映。地球自转是最早用来作为计量时间的基准(见时间及其计量),这就形成了通常所用的时间单位──。二十世纪以来,天文学的一项重要发现,是确认地球自转速度是不均匀的,从而动摇了以地球自转作为计量时间的传统观念,出现了历书时原子时。到目前为止,人们发现地球自转速度有三种变化:长期减慢、不规则变化和周期变化。

  地球自转的长期减慢,使日长在一个世纪内大约增长1~2毫秒,使以地球自转周期为基准所计量的时间,二千年来累计慢了两个多小时。地球自转的长期减慢,可以通过对月球、太阳和行星的观测资料以及古代日月食资料的分析加以确认。通过对古珊瑚化石生长线(化石表壁上的环脊)的研究,可以知道地质时期地球自转的情况。例如,人们发现在泥盆纪中期,即37,000万年以前,每年约有400天左右,这与天文论证的地球自转长期减慢的量级是一致的。引起地球自转的长期减慢的主要原因,可能是潮汐摩擦(见潮汐)。潮汐摩擦引起地球自转角动量减少,同时使月球离地球越来越远,进而使月球绕地球公转的周期变长。这种潮汐摩擦作用主要发生在浅海地区。另外,地球半径的胀缩,地核增生,地核与地幔之间的耦合也可能会引起地球自转的长期变化。这些问题目前尚在研究中。

  地球自转速度除长期减慢外,还存在着时快时慢的不规则变化。这种不规则变化同样可以在月球、太阳和行星的观测资料以及天文测时的资料中得到证实。根据变化的情况,大致可以分为三种:①在几十年或更长的一段时间内约有每年不到±5×10-10的相对变化;②在几年到十年的时间内约有每年不到±8×10-9的相对变化;③在几星期到几个月的时间内约有每年不到±5×10-8的相对变化。前两种变化相对来说比较平稳,而最后一种变化是相当剧烈的。产生这些不规则变化的机制,目前尚无定论。比较平稳的变化可能是由于地幔与地核之间的角动量交换或海平面和冰川的变化引起的;而比较剧烈的变化可能是由于风的作用引起的。目前这些分析研究还处于探索阶段。

  地球自转速度季节性的周期变化是在二十世纪三十年代发现的。除春天变慢和秋天变快的周年变化外,还有半年周期的变化。这些变化的振幅和位相,相对来说,比较稳定。相应的物理机制也研究得比较成熟,看法比较一致。周年变化的振幅约为20~25毫秒,主要是由风的季节性变化引起的。半年变化的振幅约为 9毫秒,主要是由太阳潮汐引起的。由于天文测时精度的不断提高,在六十年代末,从观测资料中求得了地球自转速度的一些微小的短周期变化,其周期主要是一个月和半个月,振幅的量级只有1毫秒左右,这主要是由月球潮汐引起的。

  广义来说,地球自转运动,除地球自转速度的变化外,还包括地球自转轴方向的变化。自转轴在空间的运动就是岁差和章动;自转轴在地球本体内的运动就是极移。把完整的地球自转问题作为一个基础理论课题进行系统研究,已有二百年左右的历史。但其中许多基本问题,尤其是它的各种动力学的问题,并没有得到完善的解决,仍然是天文学中的重要课题,吸引着许多著名的学者。此外,地球自转与地球的其他各种运动形态也有广泛深刻的联系。因此,除了天文学家外,地球物理、大地测量、地震、地质、气象、海洋和古生物等学科的学者,都对地球自转问题发生浓厚的兴趣,形成了学科之间的交叉和渗透的局面。

  参考书目

  芒克和麦克唐纳著,李启斌等译:《地球自转》,科学出版社,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.

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