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從多出來的那一秒說起-閏秒 熱門指數 : 1276
作者: 李昫岱
中文名稱: 從多出來的那一秒說起-閏秒   | 第二版 | 第一版 |
關鍵字: 閏秒,月球,潮汐,冥王星

台灣2017年1月1日早上,標準時鐘會顯示07:59:60。
一天結束前,時鐘會顯示23:59:59,然後下一秒鐘就會出現00:00:00,表示另一天的開始。那如果時鐘上從23:59:59,變成23:59:60,接著才出現00:00:00,這表示什麼呢?是時鐘壞了嗎?

這一分鐘有61秒!?
時鐘可能沒有壞,如果2016年12月31日的午夜,你在倫敦或倫敦相同的時區,就有機會看到這特殊的一刻1。同一個時刻的台灣,也就是2017年1月1日的早上,標準局的時鐘也會出現類似的情形,先是07:59:59,然後07:59:60,接著才出現08:00:00。其實,世界各地的標準時鐘在這一刻都出現類似的情況,為什麼時鐘在這一分鐘會多出一秒2呢?這一秒又是怎麼多出來得呢?
海洋的潮汐作用會造成地球自轉速度變慢,葛飾北齋所畫的浪。
我們知道地球上一天的時間大約是24小時,有時會比24小時長一點,有時則短一些,不過平均起來就是24小時,這個我們稱為平均太陽時,平均太陽時是以1900年這一年的長度,來定義平均太陽時的。

一天的時間是24(小時)x60(分)x60(秒),也就是86400秒。科學家根據長時間的觀察,發現地球自轉的速度愈來愈慢,也就是一天的長度愈來愈長,比86400秒還要長,一個世紀平均下來,地球每天大約慢0.001-0.002秒。地球自轉變慢的速度非常的小,不過長期累積下來看還是有影響的,所以每隔一段時間,就需要加上一秒,也就是閏秒,讓地球實際自轉一圈的時間長度,和我們計時的時間系統相吻合。地球變慢的速度並不固定,所以什麼時候要加閏秒是沒辦法事先算出來的,如果要加閏秒的話,會選在6月30日或12月31日格林威治標準時間的午夜。

都是月亮惹的禍
那麼是什麼原因造成地球愈轉愈慢的呢?原因有很多,像是地殼相對於地核的移動,不過最主要的原因是月球對地球造成的潮汐摩擦。月球繞著地球運行會造成地球的潮汐變化,而潮汐產生的摩擦力會讓地球愈轉愈慢。潮汐效應有點像是車輪上的煞車,而轉動的車輪就像是地球,潮汐效應讓地球自轉的速度漸漸變慢,就如同煞車讓輪子轉動變慢一樣。
地球上只能看見月球的正面,月球的背面是看不見的。圖片是由美國航空太空總署(NASA)的 月球勘測軌道飛行器(Lunar Reconnaissance Orbiter)所拍攝的月球表面。
其實並不是只有月球對地球有潮汐力的影響,地球對月球也一樣會有潮汐力的作用,這兩個天體是相互影響的,因為地球的質量比月球大,所以地球對月球的影響,比月球對地球的影響還要大。當月球剛剛形成時,月球自轉的速度比現在還要快,受到地球潮汐力的影響,月球的自轉速度就愈來愈慢,最後慢到自轉一圈和繞地球公轉一圈的時間一樣,這造成月球永遠用同一面面對著地球。

月球並不是太陽系中唯一一顆以同一面面向自己行星的衛星,其實太陽系中許多的衛星都和月球一樣,以同一面面向它們的行星,這些都是潮汐效應作用下的結果。例如火星的兩顆衛星、木星的四顆伽利略衛星、土星的最大衛星泰坦,它們都是以同一面面向它們的行星。
  雖然月球對地球的潮汐力比較小,但是還是會讓地球愈轉愈慢,總有一天地球也會以同一面面向月球,就像月球以同一面面向地球一樣。

潮汐利除了會讓地球和月球愈轉愈慢以外,地球和月球的距離也會愈來愈遠,目前月球大約以每年4公分的速度遠離地球,所以理論上月亮看起來的大小會愈來愈小,不過用我們的肉眼是感覺不出來的。

一天等於一個月
當地球和月球都是以同一面面對對方時,這時候地球和月球的關係,就像一根筷子,一端插上一顆貢丸,另一端插上一顆魚丸,較大的貢丸是地球,較小的魚丸是月球。觀察一下,地球上只有面對月球那一面的人可以看見月球,而另外一面的人卻是永遠看不見月球的!

再觀察一下這一對貢丸和魚丸,月球以地球為中心,繞著地球運行著,地球轉一圈,月球也正好繞地球轉一圈,不只這樣,月球自己本身也正好自轉一圈。所以地球自轉一圈、月球自轉一圈和月球繞地球公轉一圈的時間都是一樣的!

目前地球上的一個月,是以月球繞地球一圈的時間訂的,也就是大約30天。等到地球和月球面對面時,一個月的長度就拉長為40天3。那時地球上的一天會有多長呢?一天是現在地球上的40天!這個時候太陽從東方升起到西方落下,要花現在地球上20天的時間!月球繞地球一圈的“一個月”,也就等於地球自轉一圈的“一天”。

因為地球變慢的速度非常地緩慢,想看到地球和月球互相面對面,需要等數百億年之後才看得到。可惜的是,我們太陽再過大約50億年之後就會走到生命的盡頭,所以這個特殊的景象到時候大概也看不到了!

這多出來的一秒,對你我的生活並不會有太大的影響,不過別小看這一秒,這裡面有許多有趣的天文科學在裡面!


參考資料
1. The Year 2016 Will Be One Second Longer
http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/year-2016-one-second-longer/

2. Leap second to be added December 31
http://earthsky.org/human-world/leap-second-june-30-december-31-why-need-controversy

3. Fact or Fiction: The Days (and Nights) Are Getting Longer
https://www.scientificamerican.com/article/earth-rotation-summer-solstice/
老師文章總評: 句子有些冗贅,前後文有許多重覆描述的句子,寫作的技巧可再多加練習。可找朋友,討論其中的優缺點。  
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