地球自轉學問大
中學生就知道地球會自轉，自轉形成晝夜，自轉軸傾斜造成季節。但你知道嗎？地球自轉其實是忽快忽慢的，沒有一天是 24 小時，長期來說還有越轉越慢的趨勢。地球自轉軸也不是雷打不動，它會繞圈圈、各種搖擺，導致歲差和北極點不斷漂移等古怪現象。中研院地球科學研究所特聘研究員趙丰，帶你穿越上下億萬年的古今地球，聊聊中學地科老師沒告訴你的事。
趙丰，曾任美國國家暨太空總署 (NASA) 太空測地學實驗室主任，2006 年離開 NASA，回到臺灣任教，曾任中央大學地球科學學院院長、中研院地球科學研究所所長，目前為中研院地球科學研究所特聘研究員。 攝影│林洵安
太陽系分家產
說起地球自轉，首先得弄清楚：地球為什麼會轉，第二個問題是：為啥轉了 46 億年還不會停？
「地球會轉，是因為它在太陽系形成之初，分到一部分的『家產』：角動量。」趙丰幽默的比喻：「地球為什麼到現在還轉不停？因為分到的家產 (角動量) 還沒有用完啊。」
角動量是什麼？簡單說，它是物體轉動時的一種物理量。物體的質量越大、轉動半徑越大、轉速越快，角動量就越大。更重要的是，在沒有外力的情況下，角動量永遠守恆，不會變多、也不會變少，只能互相交換。
怎麼交換？靠摩擦！比方說，兩個旋轉的陀螺擦撞、分開，結果一個變慢，另一個就變快，就是前者的角動量藉由摩擦轉移到後者。而地球分到的角動量，則是跟太陽系其他天體「摩擦」來的。
時間回到 46 億年前，一場劇烈的超新星爆炸，太陽系誕生了。新生的太陽系宛如爐子上的一鍋熱粥，大小天體亂轉亂竄，就像一顆顆高速旋轉的大小陀螺，不斷發生碰撞，交換彼此的角動量。
太陽系形成的初始條件，決定了整個太陽系的角動量總和。所有天體藉由互相撞擊，交換彼此的角動量，各自分得一部份「家產」。 圖片來源│NASA
最後，太陽、地球、其他行星、小行星等所有天體，各自分到一部份的角動量 (家產)，恆星和行星開始穩定的公轉和自轉，太陽系才逐漸成形。
然後勒？「從此，地球就過著穩定旋轉的日子……」並沒有！首先，地球自轉忽快忽慢，沒有一天是 24 小時。
地球自轉忽快忽慢
在原子鐘發明以先，地球自己就是時鐘。人們把地球自轉一周後，回到面對太陽同一角度所經歷的時間，訂為「一天」，後來又把一天等分為 24 份，每一等分稱為 1 小時。
近代改用原子鐘定義時間，重新測量地球自轉。結果發現：
二、三十年下來，地球自轉沒有一天是 24 小時。每天都跟 24 小時或多、或少差了千分之一、二秒。
為什麼？地球沒有受到外力，角動量不是應該守恆嗎？
「因為地球不是一塊死板板、硬梆梆的剛體，」趙丰說：「大氣環流、海洋洋流、地函對流，地球時時刻刻都在變化。」
地球自轉有角動量，大氣環流、海洋洋流、地函對流也有角動量。所謂角動量守恆，是指地球上所有物體角動量的總和不變，但可以互相交換。
比方說，地球自轉是由西向東轉，當大氣向東流速變快，會對地面的推擠摩擦，從地球本身「借走」一點角動量，導致地球自轉變慢；相反的，如果大氣向東的流速變慢，也會藉著摩擦，「還給」地球一些角動量，使地球自轉變快。
地球不是一整塊死板板的剛體，大氣環流、海洋洋流、地函對流、巨大地震、冰河融化……地球無時不刻不變化，影響自轉速度和地軸方向。尤其是當大氣、海洋、地函對流方向等等發生改變，因為角動量守恆，地球自轉就會忽快忽慢。 資料來源 │趙丰 圖片重製 │林洵安
地球越轉越慢、月球越來越遠
好幾年才加減 1 秒，根本無感？沒關係！如果把時間拉長，從幾百萬、幾千萬、幾億年的尺度來看，地球真的越轉愈慢，每 100 年穩定慢上千分之一秒。
可別小看千分之一秒？想想，如果是累積了 100 萬年、100 個 100 萬年 (1 億年)……差距就非常可觀，而地球已經 46 億歲了。
從化石證據知道， 4 億年前，地球一天只有 22 小時，再往前推，新生地球可能幾小時就轉一圈！反過來說，
當未來地球越轉越慢，一天真的有 25 小時可用。只不過還要再等上……2 億年。
誰讓地球剎車了？罪魁禍首是：月球！月球吸引地球的海水，引發潮汐現象，海水來來回回摩擦地表，就像貼在地球表面的「剎車皮」，讓地球慢慢「減速」。
至於地球消失的角動量，則被月球神不知鬼不覺的接收，用來增加月球公轉的速度……