太陽與月球的拔河：地球曾有14億年　每天僅19.5小時

有些人或許早已知道，月球公轉速度有變快的跡象，地球引力也越來越拉不住它，隨著月球越跑越遠（每年平均遠離地球 3.７8 公分），月球的公轉軌道也會越來越大。而隨著月球持續慢慢地從我們身邊遠去，地球的日子正在變得越來越長。

咦？月球離地球變遠，為何會延長地球的自轉週期呢？原來，月球會一直吸引地球的海水，並引發潮汐現象，海水來來回回不斷摩擦地表，就彷彿一塊貼在地球表面的「剎車皮」，能讓地球慢慢「減速」。但也有一段時間，這種日漸增長的現象似乎被暫停了。從大約20億年前一直到6億年前，地球的一天相對穩定地維持在19.5小時。

月球潮汐 減慢地球自轉

而現在，科學家們找到了原因：「太陽對地球大氣層的影響力抵消了月球潮汐引力的拖延效應」——如果沒有這種影響，地球的一天將超過60小時。加拿大多倫多大學的天體物理學穆雷（Norman Murray）教授表示，當月球在大約45億年前初次形成時，地球的一天（由其自轉速度定義）要短得多。估計可能只有幾個小時。地質紀錄顯示，日長隨著時間的推移逐漸延長。這是因為月球正以每年大約3.78公分的速度逐漸遠離。

月球的引力在很大程度上決定了地球海洋的潮汐。當它繞地球運行時，月球對水的拉力在地球的兩側形成海洋凸起。月球的引力拉扯這些凸起，產生了煞車效應，減慢了地球的自轉。若是你還是沒辦法想像這個畫面，你就當作地球是位不斷旋轉的花式溜冰選手，月球對地球的拉力使得地球被迫伸出手臂以減慢速度。這大約每個世紀會讓地球的一天增加約1.7毫秒。

太陽潮汐 加速地球自轉

但海洋並不是包裹在地球周圍的唯一流體。「氣體」也是一種流體，而地球擁有大量的氣體。穆雷解釋說：「陽光也產生了同類型的潮汐凸起。太陽的引力拉扯這些大氣凸起，對地球產生了扭矩。但與月球不同的是，它加速了地球的自轉。」

由於在地球的大部分歷史中，月球的影響力遠大於太陽，所以減速效應占主導地位。但有將近14億年的時間，日長是保持穩定的。團隊發現除了這是因為地球的大氣層變得更溫暖、更大以外，「共振」也起到了作用：當波動以特定的高度和速度穿過大氣層時，會產生同步效應。這些波的速度與溫度有關。於是，這種大氣的擺蕩對地球自轉速度的加速效應，巧妙地抵消了月球遠離帶來的減速效應。

這就像推著一個在鞦韆上的孩子：如果你的推力和鞦韆的周期不同步，它就不會搖得很高；但是如果它們同步，譬如你在鞦韆的最高點時用力推它，推力將增加鞦韆的動量，使它搖得更遠、更高，這就是大氣共振和潮汐所發生的情況。這篇研究發表在７月份的《科學·前沿》（Science Advances）。

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參考資料

1.Why the day is 24 hours long: The history of Earth’s atmospheric thermal.HANBO WU.ScienceAdvances
2.Earth’s Day Was Stuck at 19.5 Hours Long For Over a Billion Years.MICHELLE STARR.ScienceAlert