我们通常将一天视为固定的24小时，但地球的自转实际上并不完美恒定。这种差异极其微小，以毫秒计，但物理学家能够探测到。随着时间的推移，有些日子会略微变短或变长，这取决于地球内部深处的微妙变化。过去约三十年来，科学家已经知道地球的液态外核并不总是以相同的速率旋转。地磁场的变化揭示，液态外核会在数十年间逐渐加速，然后在接下来的数十年中减速。与此同时，厚约3000公里、包含地壳的岩石层——地幔，则朝相反方向响应。当外核加速时，地幔略微减速；当外核减速时，地幔则加速。这种交换之所以发生，是因为地球的总角动量必须保持恒定。地幔旋转的极微小变化，就足以使日长改变几毫秒。

内核与地幔之间的隐藏引力拉锯

科学家长期以来一直难以解释地核与地幔究竟如何交换旋转动量。在2026年9月23日发表于《自然》的一项新研究中，阿尔伯塔大学物理学博士生张慧峰和教授Mathieu Dumberry提出了一个可能的答案。他们的工作表明，地球内核——行星中心的固态区域——旋转速度的微小变化，可以产生科学家所称的“引力扭矩”。由于内核并非完美球形，其运动的变化会与地幔中不均匀的质量分布发生引力相互作用。这种相互作用可以轻微改变地幔的旋转速度，从而产生日长的微小变化。

内核并非完美球形，其旋转变化会与地幔中不均匀的质量分布产生引力耦合，从而交换角动量。

竞争性力量共同控制地球自转

在核幔边界处，还有另一种力在起作用。这种被称为核幔边界扭矩的力会产生摩擦和电磁阻力，与引力拉锯相抗衡。这种阻力有助于限制日长变化的幅度。根据研究人员的说法，观测到的日长微小变化，源于引力扭矩与核幔边界扭矩之间平衡的微妙移动。当引力扭矩暂时占据上风时，地幔转速会略微改变，日长随之变化；而当核幔边界扭矩增强时，这种变化则被抑制。两者之间的动态平衡，决定了日长在数十年尺度上的波动模式。

日长的微小变化源于引力扭矩与核幔边界扭矩之间平衡的微妙移动，后者通过摩擦和电磁阻力限制日长变化的幅度。

地球内核可能比预期更具动态性

除了帮助解释地球日长变化这一长期谜团外，这些发现还为地球内部正在发生的事情提供了新见解。张慧峰和Dumberry表示，内核似乎以约10年的时间尺度发生“粘性变形”，这表明地球最深处的内部可能远比其固态组成所暗示的更具动态性，能够改变形状并对力作出响应。这一发现挑战了内核作为刚性球体的传统观点，暗示其可能像一种极其粘稠的流体一样，在长时间尺度上流动和变形。这种粘性变形可能进一步影响内核与地幔之间的引力耦合，为日长变化增添另一层复杂性。

内核以约10年时间尺度发生粘性变形，表明地球最深处的内部远比其固态组成所暗示的更具动态性。

这项研究不仅揭示了地球日长变化的深层机制，也为我们理解行星内部动力学提供了新的视角。地球内部各圈层之间的角动量交换，以及引力扭矩与核幔边界扭矩的竞争，共同塑造了我们所经历的一天长度。未来，随着更多观测数据和更精细的模型的发展，科学家有望进一步厘清这些复杂过程，甚至可能利用日长变化来反推地球深部的状态。