上海天文台在地球自轉變化研究中取得重要進展

晝夜交替，日月星辰東升西落，背後的原因是地球自西向東的自轉。地球圍繞一條通過地心、連接南北極的假想軸轉動，這就是地球自轉，那根假想軸被稱作自轉軸。地球自轉一直是恆定的嗎？答案當然是否定的！地球的自轉一直在變化，而且變化得相當複雜，既有歲差-章動，還有極移和日長變化，物理上用自轉軸指向參數（Earth Orientation Parameters）表示。它們都反映了地球的整體運動及其隨時間變化的重要訊息。自轉軸指向參數是除地震學之外，另一種研究地球深內部物理學的重要手段，是天文學為研究地球內部而特製的望遠鏡，一直是科學家重點測量和研究的對象之一。

中國科學院上海天文台天文地球動力學研究中心地球自轉變化課題組、中國科學院行星科學重點實驗室的科研人員在自轉軸指向參數之日長變化研究方向取得了新進展，首次發現了日長變化中存在顯著的約8.6年周期的振幅增強訊號，並首次發現該振蕩的極值時刻與地磁場快速變化的發生存在密切的對應關係。

從外到內，地球內部的圈層包括地殼、地幔、流體外核和固體內核。它們具有怎樣的物理結構，運動狀態如何？它們相互之間正在發生哪些動力學耦合作用？液核中的磁場是如何產生、維持和變化的？這些神秘而重要的科學信息對理解我們所處的地球並進而推廣到對其它類地行星的研究等都至關重要。令人遺憾的是，所有這些信息我們都不能從地表或空間直接觀測得到。但幸運的是，上述這些問題都可以通過對自轉軸指向參數變化的精細特徵入手進行間接觀測和研究。

以日長變化為例，由於月球和太陽對地球的潮汐作用，地球的自轉越來越慢，日長不斷變長，即白天和黑夜時間都在變長，平均約每一百年變長0.002秒。上海天文台的黃乘利研究員表示，除了自轉速率越來越慢，科學家還發現自轉速率存在周期性的變化。日長變化具有從一天到數十年、甚至更長期的變化頻譜，分別對應於不同的天文和地球物理機制。一般認為，尺度為數十年的年代際變化和尺度約五到十年的每十年變化很可能與地球深內部物理有關。這些週期性變化的特徵和起源就是我們要尋找和探究，尤其是每十年變化特徵。

關於日長變化的精細時變特徵和相關的物理原因，目前該領域還所知甚少，但這部分的研究對於進一步了解地核的年際運動特徵以及解決地磁場快速變化的起源問題具有重要意義。地磁場的快速變化被稱作地磁急變。

【圖、文：節錄自中國科學院上海天文台網頁】