一天有24小時，對吧？嗯，差不多。雖然我們幾乎沒有注意到，但幾乎沒有哪一天能精確地達到這個數字。從十年到十年，從季節到季節，甚至從一天到一天，地球的自轉速度都在加快和減慢，從我們24小時的計數中減少或增加毫秒。除了僅僅是一個旋轉行星的怪癖之外，白天長度的這些變化還受到古代冰蓋、強風和地球核心動力學的影響。
但是有些白天的長度比其他的更極端。以2022年6月29日為例，這一天比24小時少了近1.6毫秒，成為有記錄以來最短的一天。然而，對於知情人士來說，這並不令人意外。半個多世紀以來，地球的平均自轉速度一直在逐漸加快，每天都在慢慢地從我們的日子裡削去幾毫秒。白天長度的長期縮短、季節性效應對地球自轉的影響，以及日常氣候效應（如風的變化）帶來的額外推動，共同造就了6月29日這一破紀錄的日子——這一切都歸功於角動量守恆。
物理學中這個強大的原理是我們許多人憑直覺就能理解的。想象一下，坐在一個旋轉的辦公椅上旋轉——或者，如果你更喜歡運動型的選擇，可以穿上冰鞋，旋轉一下。當你的手臂向外伸展時，你的旋轉速度會減慢。當你把手臂拉回時，你會再次旋轉得更快。
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角動量有三個組成部分：旋轉物體的質量、它移動的速度以及它與旋轉中心的距離。就辦公椅而言，當你的手臂完全伸展時，它們離座椅更遠，這會增加你身體這一部分的角動量。
就像質量和能量一樣，角動量不能憑空產生：你伸出的手臂實際上必須從你身體的其餘部分（和椅子）借用角動量。你不可能突然減輕體重，所以唯一剩下的選擇就是減速。在繞太陽旋轉的過程中，地球也受到同樣的規則約束。
地球——包括我們腳下的固體岩石、海洋和大氣層——不斷地重新分配質量和角動量，這意味著它的自轉速度和白天長度也在調整。“白天長度是對[整個]地球的衡量，”香港理工大學的地球物理學家陳建利說。“它不僅僅是一個數字。你可以從中看出很多故事。”
風，特別是北半球強大的急流，是對地球全年自轉的最有力控制因素之一——也是造成6月29日白天長度減少1.59毫秒的原因之一。“每當它們變得更強時，大氣層的角動量就會增加，而固體地球的角動量就會減少，”維也納大學研究氣候對地球自轉影響的地球物理學家西格麗德·伯姆解釋說。“冬天地球自轉較慢，夏天則自轉較快。”
空氣和陸地之間的摩擦，由丘陵和山脈引起，使大氣層能夠與陸地交換角動量。這種聯絡解釋了為什麼主要在海洋上空吹動的南半球急流沒有如此明顯的影響。海洋中的環流對自轉產生類似但小得多的影響，即使是風和天氣的短期變化也足以將一天的長度調整幾毫秒，從而為年度和十年趨勢增加噪聲，陳說。
固體地球內部質量的逐漸移動也會影響地球的自轉。大約20000年前，在最近一次冰河時代的高峰期，巨大的、數英里厚的冰蓋覆蓋了北半球的大部分地區。這些冰蓋非常巨大，以至於它們將我們星球地幔的一部分——我們稱之為家園的涼爽地殼下緩慢流動的岩石層——從它們下方擠壓出來。（這種現象類似於你用拇指按壓一塊軟焦糖糖果會導致其中一部分向側面擠出的方式。）現在這些冰蓋已經融化，它們下方的地球正在非常緩慢地反彈，移動岩石，導致白天長度隨著時間的推移可預測地縮短。
但科學家們懷疑，自20世紀60年代以來我們看到的逐漸縮短的白天——最終在6月29日創下紀錄——來自更深的地方：在我們腳下1800英里的地方，地幔中的岩石與地球核心的熱而密集的金屬相遇的地方。我們無法直接觀察核心，因此對於地球金屬部分正在發生什麼導致地球自轉長期增加還沒有達成共識。然而，這可能與核心與地幔邊界處的起伏有關。
另一種可能性是，長達數十年的趨勢來自地球並非完全球形的副作用，這種效應被稱為錢德勒擺動。地球自轉中的這種擺動之所以發生，是因為我們星球圍繞其旋轉的軸線與其實際幾何對稱軸線並不完全對齊，導致旋轉軸線不斷試圖調整。這種變化的旋轉軸線也可能在決定白天長度方面發揮作用，但它可能發揮多大的作用仍然是一個懸而未決的問題。
科學家們使用數學模型和航天器收集的地球測量資料來分解所有這些過程的貢獻。GPS衛星和NASA的重力恢復與氣候實驗（GRACE）等任務測量地球上質量隨時間的運動。同樣，包括風和洋流在內的地球氣候模型有助於預測空氣和水的角動量影響。“我們總是試圖總結我們知道的所有影響，看看我們是否可以收支平衡，”伯姆說。
陳說，預測未來白天長度可能如何變化“非常複雜，因為一切都混雜在一起”。“我們必須首先了解長期的、相當大的變異性。然後我們可以估計來自大氣和海洋的貢獻。然後我們可以粗略地預測下一個最短的一天可能是什麼時候，”他解釋說。然而，根據陳的說法，幫助6月29日打破紀錄的可能是一個短暫的氣候現象——也許只是高層大氣中風速的變化——這給了它一點超出長期和季節性趨勢的推動力。
“我相信，我們偶爾會看到有記錄以來最短的一天，”陳說。我們只需要拭目以待，看看下一個最短的一天何時到來。