我們都知道地球是在不斷地自轉的，但是你可能不知道的是，地球的自轉速率并不是恒定不變的。事實上，地球的自轉速率會受到很多因素的影響，導致一天的長度會有幾毫秒的差異。這些差異對于精確的導航和定位是非常重要的，所以我們需要一種方法來持續(xù)地測量地球的自轉速率。

那么，什么因素會影響地球的自轉速率呢？首先，我們要明白，地球并不是一個完美的球體，而且它的質量分布也不是均勻的。這就意味著，月球和太陽對地球的引力會造成地球的形變，從而改變地球的慣性矩。這種形變會導致地球自轉軸發(fā)生周期性的擺動。同時，這種形變也會導致一天的長度發(fā)生周期性的變化。這些周期性的變化有日潮和半日潮兩種類型，它們分別對應于地球自轉一周和半周所受到的潮汐力。這些變化的幅度大約在0.1 ppm（百萬分之一）左右，可以很容易地觀測到，并且可以用理論模型很好地解釋。

但是，如果我們把分辨率提高到比這些潮汐信號還高，我們就會發(fā)現(xiàn)另一組變化，它們是不可預測的。它們是由地球上流體（主要是大氣、水圈和冰蓋）在全球范圍內發(fā)生質量遷移現(xiàn)象所引起的，這些質量遷移現(xiàn)象會與地球固體部分交換角動量。一個典型的例子就是厄爾尼諾現(xiàn)象，它每隔幾年就會發(fā)生一次，引起明顯的季節(jié)性效應。還有一些更小的周期性變化，周期大約在九天和十四天左右。日長變化是所有質量遷移現(xiàn)象綜合效應的結果，主要由大尺度空氣質量環(huán)流模式?jīng)Q定，其次是海洋流動。

那么，我們怎么測量這些微小的自轉速率變化呢？我們需要一種慣性測量技術，也就是說，不需要依賴于外部參考系。傳統(tǒng)的方法是用望遠鏡觀測遙遠的類星體（活躍星系核）來確定地球旋轉了多少角度。但是這種方法只能提供每天一次的平均結果。我們需要一種能夠連續(xù)測量每隔幾個小時就能得到一個數(shù)據(jù)點的方法。

這就是我們使用環(huán)形激光干涉儀來測量地球自轉速率變化的原理。環(huán)形激光干涉儀是一種特殊類型的陀螺儀，它利用光學原理來檢測旋轉運動。它由一個正方形形狀的環(huán)路組成，每邊長4米。在環(huán)路內部，有兩束激光沿著相反的方向循環(huán)傳播。其中一束激光與地球的自轉方向一致，另一束激光與地球的自轉方向相反。

由于多普勒效應，與地球自轉方向一致的激光波長會被拉長，而與地球自轉方向相反的激光波長會被縮短。當這兩束波長不同的激光重新合并時，它們會產生干涉效應，也就是說，它們會形成一個“拍”信號，就像兩個音高不同的音符一樣。這個拍信號就能夠揭示地球的自轉速率，從而讓我們測量出一天的長度，精度可以達到毫秒級別。

科學家在德國韋策爾測地觀測站建造了一個環(huán)形激光干涉儀，名為“G”。科學家用它連續(xù)測量了120天的地球自轉速率變化，并且觀察到了在十億分之五的水平上的微小變化，也就是說，在幾毫秒的分辨率上。這些變化與全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)和超長基線干涉測量所得到的結果非常吻合，但是該方法更加靈敏和高效。

我們希望通過這種方法，能夠更好地理解和監(jiān)測地球上流體的復雜運動，從而為地球物理學、氣候學和海洋學等領域提供更多的信息。