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地球的自轉
引言
地球自轉的週期為一日，目前は約為 23 時 56 分 4 秒，但近年來其速度逐漸減緩。為調整全球時鐘，2005 年底全球時鐘統一增加一秒，稱為「閏秒」。
地球的自轉速度
地球自轉每小時約 15 度；而表面各點的線速度隨緯度而異，為赤道線速度的餘弦值。因此，赤道線速度最快，兩極線速度最慢，而赤道線速度約每秒 465.1 公尺。
真太陽日和平太陽日
地球相對於太陽轉動一週的時間（正午至正午）稱為「真太陽日」或「視太陽日」。由於地球橢圓軌道離心率和自轉軸傾斜，導致平均時間差的產生，且這兩項特徵會在數千年尺度變化[2]，故真太陽日也有週年性的變化。
通常，每年有兩段時期較平均太陽日長，另兩段時期則較短[n 1]。當真太陽日越接近近日點時就越長。這是因為這時太陽在黃道上的移動角度比平時大，向近日點接近時，每天增長的時間約為 10 秒鐘；相反地，當地球朝向遠日點接近時，每一天的時間大約會縮短約 10 秒鐘。
臨近至點時，太陽視運動從黃道上投影至赤道上的運動量增加，導致每天增加約 20 秒鐘；但反過來説，臨近分點時，赤道和黃道幾乎重合，因此沒有什麼差別。
通常，近日點和至點的效應相結合，在臨近 12 月 22 日時，真太陽日每天可增加 30 秒鐘；但至點的影響會在遠日點時被抵銷一部分，因此約在 6 月 19 日，只增加 13 秒鐘。相較下，分點的效應，在 3 月 26 日（接近春分）大約短於平均太陽日 18 秒鐘，在 9 月 16 日（接近秋分）短約 21 秒鐘[3][4][5]。
在一年中的真太陽日的平均長度稱為「平太陽日」，包含 86400 平太陽秒。目前平太陽秒比國際標準秒略長，這是因為地球的平太陽日由於潮汐摩擦已經比 19 世紀定義時長了一些。
恆星日
地球相對於恆星轉動一週（360 度）稱為「恆星日」，依據國際地球自轉服務（IERS），定義為 86164.098903691 秒的平均太陽時，或 23 小時 56 分鐘 4.098903691 秒（等於 0.99726966323716 平太陽日）[7]。
與歲差相關的「恆星日」
地球相對於歲差或平春分點轉動週期常被誤稱為恆星日[n 3]，為 86164.090 530 83288 秒的平太陽時（等於 23 小時 56 分 4.090 530 832 88 秒，或0.997269566 329 08 平均太陽日）[ 7 ]，因此天文上使用的恆星日比真實的恆星日短約 8.4 毫秒。
恆星日比平太陽日約短 3 分 56 秒。平太陽日以國際地球自轉服務（IERS）從 1962-2005 年的週期呈現[10][11]。
影響地球自轉的因素
數百萬年來，地球的自轉受到月球引力交互作用的影響而減緩；見潮汐加速度。然而有些大型事件，例如 2004 年的印度洋地震就使地球的轉動加速了約 3 毫秒[ 15 ]。
冰河期後期後冰河期反彈是因為地球質量的分佈改變影嚮地球的慣量，經角動量守恆，改變轉動速率。
地球自轉的穩定性
地球的自轉就像一個陀螺。其軸向有在恆星空間中維持固定方向的特性。來自太陽、月球和其餘行星的外力導致這個固定方向有所偏離。地球自轉軸的大型、週期的變化稱為「歲差」。而較小的變動稱為「章動」和極移。
「歲差」（precession ）是地球自轉軸相對於恆星空間的進動。分點位置相對於在天球上固定不動的恆星，沿著黃道每年向西移動，約每年移動 50.29 秒，即 71.6 年移動1度。這個程序雖然緩慢但會逐年累加起來。完成一次完整的歲差軌道需要 25765 年，稱為柏拉圖年。
「章動」（nutation）是指行星或陀螺儀自轉運動中，自轉軸一種輕微的不規則運動，使得自轉軸在方向變化中出現「點頭」般的搖晃現象。地球的「章動」源自於潮汐力產生的「進動」，並導致歲差的速率不是恆定的，而會隨著時間改變。
「極移」是地球自轉軸在地表橫移的運動。將地球視作一個固定不變參考座標系下，觀測到的這種變動只有幾公尺。
「極移」的原因主要有三，第一種是地球軸向對於慣性軸偏離，週期約 14 個月。第二種是氣候的季節性運作，週期為一年。還有一些次要原因，但一般極移振幅不超過15公尺。
地球自轉速度的主要影響因素
地球自轉速度主要受三種因素影響，總體使地球自轉速度減慢。
地球自轉逆時針方向的證據
| 證據類型 | 觀測 | 結果 |
|---|---|---|
| 傅科擺 | 擺錘在擺動過程中偏轉 | 地球旋轉 |
| 地球形狀 | 地球為扁球形 | 赤道凸起，兩極凹入 |
| 洋流方向 | 北半球順時針，南半球逆時針 | 哥里奧利力 |
| 天體運行 | 北半球星星逆時針運行 | 地球自轉 |
地球自轉逆時針方向的影響
自然現象
- 科裏奧利力： 地球自轉產生的力，導致物體在運動時出現偏轉，北半球向右偏，南半球向左偏。
- 洋流方向： 科裏奧利力使北半球的洋流順時針旋轉，南半球逆時針旋轉。
- 氣旋和反氣旋： 科裏奧利力影響氣旋和反氣旋的旋轉方向，北半球反氣旋順時針旋轉，氣旋逆時針旋轉；南半球氣旋順時針旋轉，反氣旋逆時針旋轉。
人類活動
- 航海和航空： 船隻和飛機在航行和飛行時，需要考慮科裏奧利力的影響，調整航線。
- 導彈軌跡： 導彈的軌跡會受到科裏奧利力影響，需要進行修正。
- 時間系統： 地球自轉規律性，成為建立時間系統的基礎，例如時區和夏令時。
- 衞星運作： 地面站與衞星通訊時，需要補償地球自轉造成的多普勒效應。
與其他行星的比較
地球自轉逆時針方向，與太陽系中的其他大部分行星一致。然而，金星和天王星的自轉方向與地球相反，為順時針。天文學家認為，這是由於在太陽系形成早期某次巨大的碰撞事件造成的。
結論
地球自轉方向逆時針，是一個重要的物理現象，對地球上的自然現象和人類活動產生深遠的影響。理解地球的自轉方向，對於解釋許多自然和人為的現象至關重要。