地球的自转

太阳系是一个比较稳定的旋转系统。地球在太阳系形成过程中获得的一定的角动量主要分布在地球的自转、公转和地-月转动系统中。地球的椭球体形状与离心力的作用有关，而离心力又只在物体旋转时才可能产生，可见地球是旋转的。科学实验早已证明了地球旋转的事实。1851年，傅科在巴黎众神殿上以长度为200英尺的一条绳子悬吊一个60磅重的铁球，做成摆，并在铁球下装一细针，球摆动时，针可在地面铺的沙层上划出记号。根据力学定律，摆动物体都力图保持它原有的摆动平面。
     傅科在实验中却发现，摆总是逐渐向右偏转，在 49°N 的巴黎，每小时偏 11°多，每32小时偏转一周（360°）。后来的研究表明，在极地摆动平面每小时偏转15°，每24小时偏转一周。但在赤道上却不发生偏转。既然摆动平面是固定不变的，这种偏转就只能是视偏转了，它说明不同纬度上的经线方向在不断变化。地球是自西向东旋转的。在赤道上，经线的切线平行于地轴，因此它的方向不因地球旋转而变化。在两极，经线的切线与地轴相互垂直，因此它们的方向每天变化360°，每小时变化15°，与地球旋转角速度相同。摆动平面的视偏转与地球旋转方向相反，即在北半球向右或顺时针，在南半球向左或逆时针。不同纬度上，摆动平面每小时偏转的角度α等于地球每小时自转的速度与所在纬度正弦的乘积，其公式为：α=15×sinϕ地球绕地轴旋转，称为地球自转。自转一周的时间即自转周期，叫做一日。但由于观测周期采用的参考点不同，一日的定义也略有差别。如果取春分点为标准，则春分点连续两次通过同一子午面的时间，叫做一恒星日。
     如果取太阳为标准，则地球上同一地点连续两次通过地心与日心的连线所需的时间，叫做一个太阳日。但是地球不但自转，还绕太阳公转，公转轨道又呈椭圆形，所以一年中的太阳日并不是等长的。取一年的平均值就得到一个平均太阳日，即24 小时。这是地球平均自转360°59′的时间，其中 59′是地球公转造成的。所以，它比一个恒星日长3分55.909秒平均太阳时。地球自转速度包括线速度和角速度两种。赤道上线速度最大，为464m/s，到60°N和S处几乎减少一半，到两极则为零。不同纬度的线速度L可用下式表示：L=464×cosϕ自转角速度除两极点外，到处都是每日360°，每小时15°。长期以来，人们认为地球自转速度非常稳定，因此把它作为计算时间的标准。实际上，地球自转速度并不是永远固定不变的。据推测，在地球形成的初期，自转周期仅有4小时。而现在已经计算出，距今5×10⁸年前的寒武纪晚期，自转周期为20.8小时，至泥盆纪增至21.6小时，石炭纪21.8小时，三迭纪22.7小时，白垩纪23.5小时，始新世23.7小时，目前为24小时。我们知道，活的珊瑚每天分泌碳酸钙，形成躯壳上的细小日纹。
     现代珊瑚每年有 365 条日纹，而五、六亿年前的珊瑚化石每年却有四百多条日纹。这就说明当时地球自转速度比现在要快得多，即当时的一天要比现在短。地球自转速度并不是一直变慢，也有以变快为主的阶段，但减慢是主要趋势，而减慢的原因则是多种多样的。早在二百多年前康德就已指出，月球和太阳引潮力造成的潮汐从东向西冲击地壳，而地球自转方向为自西向东，潮汐与地壳摩擦产生的阻滞地球自转的力，将减慢地球自转速度。也有人认为地球自转速度减慢是太阳活动的影响和地球不断膨胀和增大的结果。但是，地球自转速度变化的根本原因仍然在地球的内部。地球上比重大的物质在重力作用下不断向地心集中。据估计每秒钟有 5×10⁴吨铁从地幔进入地核，这种运动将使地球自转加快；而火山爆发、岩浆活动等过程使地幔物质流向地表，当然也会引起自转速度的变化。