在地球以亿万年计算的历史中，为什么地球自转没有衰减到近乎停止？ 第1页

因为时间还太短。

与地球上的陀螺几分钟就会停下来不同，地球的自转受到的扰动和阻力相对要小得多，地球从诞生起虽然已经有46亿年时间，但自转的速度也没减少多少。大概的数字，一昼夜的时长会增加：1.7毫秒/世纪。(自转的减慢意味着一天的时间变长了。)

这个数字会使地球日每60000年增加一秒钟，每400万年增加一分钟，十亿年增加4小时。往回推算，当6500万到2.4亿年前恐龙在地球上出没时，一天的长度是23小时。

地球为什么自转会变慢？

大部分原因都要算在月亮头上。

从地球海洋在45亿年前形成开始，潮汐加速机制就开始运作了。月球的引力在地球上产生了周期性的潮汐现象，潮汐力耗散地球的自转能量，降低地球的旋转速度，同时也导致月球正在以每年3.8cm的速度远离地球。啥？这说的啥？

打个比方。

想象一下，你的女神正骑在旋转木马上转啊转，而你骑着一头小驴在旋转木马外围同方向追啊追，但无奈的是，女神转得很快，而你的小驴有点慢。 这时你手上碰巧有一条绳子，可以像牛仔一样套住她的木马，那么你的速度会提高，而旋转木马就会慢下来一点，最终你和女神保持同步了。(也就是说一旦你的速度与木马的速度相匹配，你的套索就无法再让你提高速度了。）相当于女神用爱发电，把她能量的一部分传递给你了。

你的小驴就是月球，旋转木马就是地球，而套索就是引力。 我们知道，月球轨道升高是因为月球速度的提高，这就意味着地球自转变慢，从而使得一天的时间变得更久。 一旦一天的长度等于一个月的长度，潮汐加速机制就会停止。 （如果以现在1天为约24小时计，预计那个时候一天等于现在的47天。 地月距离将增加到当前的135％。) 这种状态，被称为卡西尼状态（Cassini states，1693年由著名科学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼在1693年提出，对，就是发现土星环上有缝儿的那个卡西尼）

N亿年前，月球更近，使地球像芭蕾舞演员一样旋转着，双臂紧贴身体。 随着时间的流逝，月球远离地球，地球开始减速，就像芭蕾舞演员伸出双臂以减慢其旋转一样。

同样的道理，随着潮汐在全球范围内让海洋产生移动，地球的惯性矩也随之发生变化。 为了保持角动量守恒，固体地球会相应地改变其旋转速度。 同时，随着潮流的减慢或加快，它们与固体地球不断交换角动量，这也会让转速改变（此处略）。

地球变慢是瞎猜还是证据确凿？

行星自转的长期变化是地球物理学的经典话题。 英国天文学家埃德蒙多·哈雷爵士（Edmond Halley，就是那个“交大女生一回头，哈雷慧星撞地球”的哈雷）在300年前就首次提出了月球在不断加速的假设。 我们现在知道，哈雷爵士发现的月球加速一大部分只是表面现象，背后是是地球自转的减慢，使月球看起来速度更快了。

地质和古生物学的证据显示，在遥远的过去，地球自转的比现在要快，月球也比现在更靠近地球。证据显示3.7-6.2亿年前，一天的长度大约是22小时，一年大概有400天。当时月球远离地球平均速率是每年约2.2厘米。

下图显示了考古和古生物学的研究成果。绿色代表层叠岩(叫叠层石，是30多亿年以来蓝藻沉淀作用的产物)，蓝色代表潮汐韵律层(古代沉积化石记录的潮汐周期)，红色代表贝壳及珊瑚化石。紫色为拟合曲线。

以上的古生物学证据显示，在距今约4.25亿年的志留纪，每年有407天，即那时1天的长度只合21世纪的21.5小时，而在2.8亿年前的二叠纪则为22.8小时，平均计算每10万年日长增加2秒。从古代历史的日食记载及近 200年日食观测所推算的结果与此大致相同。

可见，地球自转减速是相对匀速的，没有太大的突变。

只有月亮会影响地球自转么？

月球是最主要的原因，地月引力在过去数亿年间减缓了地球的自转速度，但是有些大事件，像是2004年印度洋地震(印尼海啸)，就使地球的转动加速了大约3微秒(地震往往使地球加速自转)。另外在冰河期后期，由于地球质量分布的改变，为了保证角动量守恒，转动速率也有所改变。

什么时候地球自转会停下来？

由于月球质量相对地球来说相当大，这对CP会越来像是一对双行星。如果忽略其他效应，潮汐加速将一直持续下去，直到地球的自转和月球的轨道周期相匹配为止。那时候，月球将会永远固定在地球上某一个国家的上方，就像冥王星与它最大的卫星卡戎一样。

可惜的是，地球自转速度减缓得仍然太慢，慢到无论如何都等不到地月锁定的那天了，因为那时候地球早已经废了。

大约21亿年后，不断增强的太阳辐射将导致地球上海洋大量蒸发，消除了大部分潮汐隆起引起的潮汐摩擦和潮汐加速。就算海洋能得以保全(潮汐加速和太阳质量的损失也会让地球远离太阳)，30亿年后银河系会与仙女座的星系撞上，地球会不会受到伤害？就算没什么伤害，45亿年后成为红巨星的太阳，也足以毁灭地球和月球，而那时地球的自转仍然远未能减缓到一个月的长度。

明天的月亮依然升起，生活依旧继续。

一更

有人提到了太阳的潮汐作用。是的，太阳对地球也有和月球相似的潮汐锁定的趋势。即便它具有更大的引力场，但月亮也由于靠近地球而对地球施加了更大的影响。所以从实际的潮汐观测来看，太阳的潮汐大约是月球潮汐的一半左右，月亮明显占据C位。如果实际来算一下的话，那就要用到如下公式（吐槽一下，macOS下的safari无法正确编写公式。。。懒得开windows了）

ω是地球自转频率，a是轨道长半轴，M是太阳质量，I是地球惯性矩，R是地球半径，G就是G，Q是品质因子，k2是勒夫数。

看公式就头痛星人的解释：其它不用看，只要看到最后那个a的6次方就能大概看出来，潮汐锁定时间与二个物体距离的六次方成正比。即距离变大12%，潮汐锁定的时候就大概能翻个倍。（好吧，我是懒得再完整算一次了，哪位好心人帮我算一下吧。懒癌发作中.gif) 所以距离的影响特别大。所以说，月亮才是地球自转变慢的主谋，太阳是钱塘江大潮大案的帮凶。

（又更新：我粗略的算了一下，地月锁定大概要一两百亿年左右，地日锁定大概是五六百亿年左右。而太阳作为一个黄矮星，寿命大概为一百亿年，目前太阳大约50亿岁，所以再过大约50亿年，太阳内部的氢元素将全部耗尽，太阳核心将发生坍缩，导致温度高到不知道哪里去了，一派人间地狱的繁荣景象。这比锁定来得早得太多了。。）

参考

Tides: A Scientific History; David E. Cartwright; Cambridge University Press, 1999;

Earth Tides; D.C.Agnew, University of California; 2007;