今天，我要分享一篇天體物理學家發表在《科學進展》雜志上的論文，他們用地質證據和大氣研究工具來探索地球自轉速率和晝夜長度的演化過程。

首先，我們要知道地球自轉速率和晝夜長度是由什么決定的，最主要的因素是月球對地球的引力作用。我們知道，由于月球到地球各個地方的距離不同，因此產生的引力也是不同的。這在地球上產生了潮汐效應，使得地球近月端和遠端產生了凸起，形成了潮汐。由于地球自轉角速度比月球公轉角速度還要快，因此地球月與潮汐產生摩擦，導致地球的自轉速度減慢，一天的時間變長。大約40億年前，當月球剛剛形成的時候，地球一天只有不到10個小時。但是現在，一天已經有24個小時了。

那么，為什么現在一天不會是更長的時間呢？因為如果按照月球對地球的潮汐力來計算，我們現在的一天應該有60個小時以上，這就是這篇論文要解決的問題。論文的作者發現，在大約20億年前到6億年前的這段時間里，地球自轉速率和晝夜長度基本保持不變，都是19.5個小時。這是因為在這段時間里，太陽對地球大氣的熱潮汐力抵消了月球對地球的潮汐力，使得兩者達到了平衡狀態。(www.ws46.com)

什么是熱潮汐力呢？它是由太陽光照引起的大氣溫度變化所產生的力。當太陽光照在地球上時，大氣會膨脹并向外推動；當太陽光離開時，大氣會收縮并向內拉動。這樣就形成了一個周期性的振蕩，就像海水的漲落一樣。這個振蕩有一個固有的周期，叫做Pres。

論文的作者用兩種不同的全球環流模型來計算Pres的值，并發現它與實際測量值非常接近，都是11.4到11.5個小時。他們還發現Pres與地球表面溫度、大氣組成和太陽亮度有關。當地球表面溫度更高、大氣中二氧化碳含量更高或者太陽亮度更低時，Pres會變小；反之則會變大。

那么，在20億年前到6億年前這段時間里，為什么Pres會接近12個小時呢？這就需要我們考慮地質數據、動力學模型和蒙特卡洛采樣器等方法來重建地球-月球系統的歷史了。論文的作者發現，在這段時間里，地球表面溫度很高（可能達到40攝氏度以上），大氣中二氧化碳含量也很高（可能達到1000ppm以上），而太陽亮度則比現在低（可能只有80%左右）。這些因素使得Pres減小到接近12個小時，從而與太陽對地球大氣的半日熱潮汐力產生了共振。這種共振使得熱潮汐力的扭矩增強，從而抵消了月球對地球的潮汐力的扭矩，使得地球自轉速率和晝夜長度保持不變。

這種平衡狀態持續了大約14億年，直到6億年前，地球表面溫度和大氣中二氧化碳含量開始下降，而太陽亮度開始上升。這些因素使得Pres增大到超過12個小時，從而與太陽對地球大氣的熱潮汐力失去了共振。這時，月球對地球的潮汐力又開始占據優勢，使得地球自轉速率和晝夜長度繼續增加，直到現在。

這篇論文的意義在于，它揭示了地球自轉速率和晝夜長度的演化過程與地球大氣熱潮汐力的關系，以及這種關系與地球表面溫度、大氣組成和太陽亮度的依賴性。它還為我們提供了一個新的視角，來思考全球變暖將如何影響我們的晝夜長度，以及全球環流模型作為一種氣候建模工具的有效性。