一天不是严格的 24 小时：地球内核在悄悄拽地幔

必学必会 · 每日科学

一句话说清这件事：时钟上的 24 小时是个平均值。地球每天实际转多久，一直在变——而变多少，有一个重要的推手藏在地表以下五千多公里。

图1：地球内核在悄悄拽地幔

国际地球自转与参考系统服务机构一直在记录地球相对遥远射电源的朝向。把大气、海洋和潮汐的贡献逐项扣掉之后，1964 年至 2019 年这段时间里，还剩下一条几毫秒幅度的摆动曲线，周期像拍子一样起伏。

这项起伏早就被观测到了，争议在于什么力量在幕后。地幔与地核之间交换角动量是没有异议的解释框架，问题落在具体是哪种扭矩：核幔边界上的电磁耦合、地形摩擦，还是内核施加的引力扭矩。

这里有两个词要拆开讲。扭矩是让物体转速改变的那种扭转力；角动量交换可以想成地球各层之间有借有还——地幔转快了，地核或大气就慢一点，总量守恒。所以在日长这条曲线上，任何一层的动作都可能留下痕迹。

图2：扣掉已知项之后，一天还在几毫秒上抖

加拿大阿尔伯塔大学的博士生张慧峰与 Mathieu Dumberry 在 9 月 23 日的《自然》上给出一版重建。他们把两类独立数据拼在一起：地震学重建的内核差异旋转（内核相对地表转得快些还是慢些），以及从地磁场变化反演出来的外核流动。

把这两组输入喂进扭矩模型后，一个关键结论浮出来：引力扭矩与核幔边界的电磁、地形扭矩方向相反。这不是事先设计好的假设，而是模型跑完才发现的竞争关系。

两者相争的结果，恰好对应观测曲线。Dumberry 用了一句很朴素的描述：内核「想要」和地幔对齐。当它被扰动偏离平衡位置，引力会把它拉回去，而这个拉扯同时作用在地幔上，改变了地幔的转速。地幔转速改变多少，一天的长度就跟着改几毫秒。

图3：一条由间接证据搭起来的链条

论文还顺带给出了一份对地球最深处的新描述：内核以大约十年为时间尺度发生黏性变形；最下部地幔存在近中性浮力的热化学堆，其底部有厚几公里的高导电富铁层。这些都是在模型拟合过程中被「顺出来」的边界条件，而不是直接观测。

拿到这份结果的代价必须说清楚。地球内部没有相机，内核转得快还是慢，是从穿过它的地震波到时里推出来的。如果输入的内核旋转模型有偏，扭矩重建也会跟着偏，整条链条不会更结实。论文题目本身就带着谦逊：它给的是模型与观测一致，不是拍到了地核的照片。

实用意义倒是实在的。日长每天变化几毫秒，普通人感觉不到，可卫星定轨、射电望远镜指向、时间服务系统和闰秒的决策都要用到它。理解这些毫秒从哪里来，就等于给时间尺度找了一个可解释的源头，而不是只做统计外推。

关联推荐

• 第一次实时看见一个声子消失 — 同样是靠间接信号推断看不见的微观过程
• 远古 CO₂ 剧升曾让森林灾难性退化 — 地球系统尺度上的另一本历史账
• 平流层环流正在加速：示踪气体解开 30 年争议 — 用示踪物反推看不见的全球环流

原文发表于必学必会：https://bixuebihui.com/content/earths-inner-core-is-quietly-tugging

你在「必学必会」还能读到更多同类内容的拆解：每个知识点配一张讲清楚的图，每条热点都标出原始论文与它真正证明了什么。