無論晝夜交替，還是日月星辰東升西落，背后的原因都主要是地球自西向東的自轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)一直是恒定的嗎？答案當(dāng)然是否定的，地球的自轉(zhuǎn)在變化，而且變化得相當(dāng)復(fù)雜，日長變化就是其中一種表現(xiàn)。而地球磁場能夠保護(hù)我們免受太陽風(fēng)和宇宙輻射的傷害，但地磁每隔數(shù)年總會“搗亂”一下，這與地球自轉(zhuǎn)之間是否存在聯(lián)系？

近期，中國科學(xué)院上海天文臺天文地球動力學(xué)研究中心地球自轉(zhuǎn)變化課題組、中科院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員發(fā)現(xiàn)了日長變化中存在顯著的約8.6 年周期的振幅增強(qiáng)信號，并發(fā)現(xiàn)該振蕩的極值時刻與地磁場快速變化的發(fā)生存在密切的對應(yīng)關(guān)系。這一研究成果于5 月8 日在線發(fā)表在國際著名綜合期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上。

對地球自轉(zhuǎn)的不規(guī)則變化的觀測和研究被認(rèn)為是除地震學(xué)之外另一種研究地球深內(nèi)部物理學(xué)的重要手段，也是天文學(xué)為研究地球內(nèi)部而特制的“望遠(yuǎn)鏡”。

“日長變化具有從一天到數(shù)十年甚至更長期的變化頻譜，分別對應(yīng)于不同的天文和地球物理機(jī)制?！痹撗芯繀⑴c者、上海天文臺研究員黃乘利介紹，“一般認(rèn)為，尺度為數(shù)十年的年代際變化和尺度約5 到10 年的亞十年變化很可能與地球深內(nèi)部物理有關(guān)。這些周期性變化的特征和起源就是我們要尋找和探究的，尤其是亞十年變化特征?！?/p>

此次研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，日長亞十年變化中實(shí)際存在兩個主成分的周期信號，周期分別為6年及8.6年。這兩個信號的疊加可以很好地解釋觀測到的日長亞十年變化的時頻域特征。

“我們的工作否定了目前國際上已被廣泛接受的日長變化亞十年周期信號中僅存在周期為6年的信號的觀點(diǎn)，首次發(fā)現(xiàn)了日長亞十年變化中存在顯著的約8.6 年周期的振幅增強(qiáng)信號，也闡明了該振蕩的極值時刻與地磁急變的發(fā)生之間存在密切的對應(yīng)關(guān)系?！鄙虾Ｌ煳呐_副研究員段鵬碩表示。

“地磁急變”是指地球磁場強(qiáng)度突然發(fā)生變化，研究者們預(yù)測在最近的1—2 年內(nèi)很可能會有一次新的地磁急變事件發(fā)生。

在研究中，科研團(tuán)隊(duì)采用了國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)系統(tǒng)提供的1962 年至2019 年近57 年的日長變化數(shù)據(jù)，結(jié)合大量數(shù)值模擬算例分析，基于“標(biāo)準(zhǔn)小波時頻變換方法”和團(tuán)隊(duì)獨(dú)立發(fā)展的“去小波邊緣效應(yīng)策略”?！啊畼?biāo)準(zhǔn)小波時頻變換方法’具有很高的頻率分辨能力，可以區(qū)分日長亞十年變化中不同的頻率成分，然而該方法具有顯著的邊緣效應(yīng)問題；而‘去小波邊緣效應(yīng)策略’可以很好地彌補(bǔ)這一不足，使得我們可以準(zhǔn)確地分離出目標(biāo)諧波信號，基于這一方法我們首次發(fā)現(xiàn)8.6 年信號的振幅增大現(xiàn)象?！倍矽i碩告訴記者。

目前地磁急變的預(yù)測是國際上的一個難題。在黃乘利看來，這項(xiàng)工作提供了一種新的研究入口，可以通過精確分離地球自轉(zhuǎn)的亞十年變化振蕩信號，預(yù)測未來地磁急變發(fā)生的時刻?！安浑y看出，通過地球自轉(zhuǎn)精細(xì)變化特征的研究，可以深入了解地球深內(nèi)部的磁流體動力學(xué)問題?！?/p>

日長變化的精細(xì)時變特征和相關(guān)的物理原因，目前還所知甚少，但科研團(tuán)隊(duì)的研究對于進(jìn)一步了解地核的年際運(yùn)動特征以及解決地磁場快速變化的起源問題具有重要意義。