地球的一天并非精准的 24 小时。尽管这种差异仅以毫秒计算，但现代物理仪器完全能够检测到。随着时间的推移，地球深处发生的微妙变化，会让某些日子的长度变得稍微短一些或长一些。

地核与地幔的动量交换

大约三十年来，科学界已经知晓地球的液态外核并非始终以恒定的速率旋转。地球磁场的变化表明，液态地核能够在数十年的时间里逐渐加速，随后在接下来的几十年里减速。

与此同时，厚度约 3000 公里、包含地壳在内的岩石圈层——地幔，则会做出相反方向的响应。当地核加速时，地幔会稍微减速；当地核减速时，地幔则会加速。

这种角动量的互换之所以会发生，是因为地球系统的总角动量必须保持恒定。即使是地幔自转发生非常微小的变化，也足以使一天的长度改变几毫秒。

地球内部隐藏的引力拉锯战

长期以来，科学家们一直在努力解释地核与地幔究竟是如何交换这种旋转动量的。

在 9 月 23 日发表于《Nature》杂志的一项新研究中，阿尔伯塔大学物理学博士生 Huifeng Zhang 与教授 Mathieu Dumberry 提出了一种可能的解答。

他们的研究表明，地球中心固态区域——内核旋转速度的微小变化，能够产生科学家所称的“引力转矩”（gravitational torque）。由于内核并非完全呈球形，其运动状态的变化能够与地幔中分布不均的质量产生引力相互作用。

这种相互作用可以轻微改变地幔的旋转速度，从而导致一天的长度发生微小波动。

相互竞争的力控制着地球自转

在地核与地幔的边界处，还存在着另一种作用力。

这种被称为“核幔边界转矩”（core-mantle boundary torque）的力量会产生摩擦力和电磁阻力，从而对抗引力拉扯。这种阻力有助于限制地球日长变化的幅度。

研究人员指出，观测到的日长微小变化，正是源于引力转矩与核幔边界转矩之间微妙的平衡漂移。

地球内核的动态远超预期

这项研究不仅有助于解释关于地球日长变化的长期谜团，还为深入了解地球深处发生的物理过程提供了全新视角。

Zhang 和 Dumberry 表示，内核似乎在约 10 年的时间尺度上发生“粘性变形”（deform viscously），这表明地球最深处的内部可能比其固态成分所暗示的更具动态性，能够对各种作用力做出更迅速的形态响应。