地球自转(地球的一种重要运动形式)

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地球自转（英文名：Earth's rotation）是地球的一种重要运动形式，自转的平均角速度为弧度/秒，在地球赤道上的自转线速度为465米/秒。地球自转产生了昼夜交替、时区和时差等现象。

地球绕自转轴由西向东的转动，从北极点上空看呈逆时针旋转，从南极点上空看呈顺时针旋转。地球自转轴与黄道面成66.34度夹角，与赤道面垂直。地球自转轴在地球本体上的位置是经常在变动的，这种变动称为地极移动。同时地球自转的赤道面、地球绕太阳公转的黄道面和月球绕地球公转的白道面，这三者并不在一个平面内。在太空中的岩石不断地与地球相撞，这样的撞击力成为推动地球旋转的力量。由于在早期的太阳系中，所有的碎片都是以大致相同的方向绕着太阳旋转，这些碰撞也使得地球以及太阳系中的大多数物体都以相同的方向旋转。地球自转证明方法包括牙签法、炮弹法、重力加速度法等。

地球自转一周耗时23小时56分，约每隔10年自转周期会增加或者减少千分之三至千分之四秒。地球自转总体长期呈减慢趋势，但自转速度存在阶段性波动，在1999年后出现阶段性加快。自1972年起到1999年的27年来，为地球的标准时钟追加过共22闰秒的时间。20世纪初以后，天文学的一项重要发现确认地球自转速度是不均匀的。2025年8月5日，根据科学家预测，这一天比正常的24小时短了1.51毫秒，甚至有可能是超过1.66毫秒，成为有观测数据以来最短的一天。

定义

地球自转是地球的一种重要运动形式，自转的平均角速度为弧度/秒，在地球赤道上的自转线速度为465米/秒。

世界时是以地球自转为基准所建立的时间计量系统，特别地，从格林尼治子午圈起算的平太阳时，称为世界时。1967年，第十三届国际计量大会（CGPM）决定，将秒的定义从天文秒改为原子秒，将铯-133原子无干扰的基态超精细能级跃迁对应辐射的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。也就是说，将铯-133原子发出的辐射振动9192631770次所持续的时间定为1秒。在使用中，世界时可指代UT1或UTC。根据IAU2000决议，2003年1月1日起，Ut1由地球自转角重新定义，但仍包含有地球自转速度的长期变化、季节性变化和不规则变化的影响。协调世界时以原子时为基准，但通过跳秒的方式与ut1的偏离不超过0.9秒。

研究历史

古希腊的费罗劳斯、海西塔斯等人，早已提出过地球自转的猜想。中国战国时代就已有“天左舒，地右辟”的论述，而对这一自然现象的证实和它被人们所接受，则是在1543年哥白尼日心说提出之后。

美国国立标准技术研究所（NIST）的观察结果表明，长时期以来呈减慢趋势的地球自转速度自1999年开始加快。NIST的时间测定师们称，为调准以地球自转速度为标准的地球时间和原子时钟的时间，自1972年起到1999年的27年来，为地球的标准时钟追加过共22闰秒的时间。20世纪初以后，天文学的一项重要发现是，确认地球自转速度是不均匀的。

地球自转一周耗时23小时56分，约每隔10年自转周期会增加或者减少千分之三至千分之四秒。2025年8月5日，很可能是2025年最短的一天，根据科学家预测，这一天比正常的24小时短了1.51毫秒，甚至有可能是超过1.66毫秒，成为有观测数据以来最短的一天。实际上，地球已经有两次太阳日少于24小时的情况了，分别是在2025年7月9日、7月22日，虽然最终的测定数据还没有被最终确认，但1.23毫秒和1.36毫秒。

自转规律

极移

地球自转轴与地面的交点称为地极。由于地球表面的物质运动（如洋流、海潮等）以及地球内部的物质运动（如地幔的运动），会使极点（严格地说应该是天球历书极）的位置产生变化，这种现象称为极移。

极移有两个主要的周期成分，周期近于14个月的一个成分为“钱德勒摆动”；另一个是周年成分。此外，还包含各种周期短于1个月的短周期成分以及长期极移。极移由太阳、月球的引力，大气、海洋的作用和地球内部结构的影响等因素引起。地球自转速率则有长期减慢、不规则变化和周期变化。它们分别由潮汐摩擦、地幔与地核之间的角动量交换或地平线和冰川的变化以及风和日月潮汐作用等因素引起。

1765年，欧拉证明，如果没有外力的作用，刚体地球的自转轴将围绕形状轴做自由摆动，周期为305恒星日。1888年人们才从纬度变化的观测中证实了极移的存在。1891年美国的S．C．张德勒进一步指出，极移包括两种主要周期成分：一种是周期约14个月的自由摆动，又称张德勒摆动；另一种是周期为12个月的受迫摆动。实际观测到的张德勒摆动就是长城欧拉所预言的自由摆动。但因地球不是一个绝对刚体，所以张德勒摆动的周期比欧拉所预言的周期约长40％。张德勒摆动的振幅大约在0.06″－0.25″之间缓慢变化，其周期的变化范围约为410－440天。极移的另一种主要成分是周年受迫摆动，其振幅约为0.09″，相对来说比较稳定，主要由于大气和两极冰雪的季节性变化所引起。将极移中的周期成分除去以后，可以得到长期极移。长期极移的平均速度约为0.003″/年，方向大致在西经70°左右。

进动

进动原是物理学的术语，是指转动物体的转动轴环绕另一根轴的圆锥形运动。地轴进动是指地轴绕黄轴的圆锥形运动。中国古代天文学文献中，有一个词义截然相反的名称，叫交点退行。二者指的是同一事物。地轴进动的具体情况，可以归纳为如下几条：1.圆锥形运动的圆锥轴线，垂直于地球轨道平面，指向黄极。2.圆锥的半径为23°26′，就是黄赤交角。3.进动的方向向西，同地球自转（和公转）方向相反。“退行”就是这个意思。4.进动的速度是每年50.29″，周期为25800年。

地轴进动的原理与陀螺的进动相同。它的发生同地球的形状、黄赤交角和地球自转有关：1.地球是一个明显的扁球体，它的赤道部分由于自转的惯心离心力的作用，形成环形隆起。月球和太阳对赤道隆起产生附加的引力。2.由于黄赤交角（以及黄白交角）的存在，使月球和太阳经常在赤道平面以外对赤道隆起施加引力。3.由于地球的自转，合力矩的作用使地球产生了进动。与陀螺的进动相比，地球所受的合力矩与陀螺所受重力矩的方向相反。因此，二者进动的方向相反：陀螺进动方向与其旋转方向相同；而地轴进动方向与地球自转方向相反，即向西。按物理学术语，转动物体受到垂直于其自转轴的外力矩作用时，其自转轴便向外力矩的正方向靠拢。按右手螺旋法则，这个方向垂直于纸面向外。

地轴进动有多方面的表现：1.地轴进动表现为天极的周期性圆运动。在北半球看起来，北天极以北黄极为中心，以23°26′为半径，由东向西作圆运动，每年移动50.29″，历25800年完成一周。随之而来的是北极星的变迁。2.由于交点退行（西移），使以春分点为参考点度量的回归年，略短于恒星年。这样，太阳巡行一周天，有别于季节上的一周岁，其差值约为20分。中国古时把地轴进动（或交点退行）的这种表现，称为岁差，意即岁岁微差。岁差的发现，是历法上的一大进步。岁差运动表现为地球自转轴围绕黄道轴旋转，在空间描绘出一个圆锥面，绕行一周约需2.6万年。3.由于春分点的西移，在赤道坐标系中，恒星的赤经和赤纬都发生缓慢的持续变化；在黄道坐标系中，恒星的黄经发生持续变化，黄纬则不变，因为春分点是沿黄道移动的。

周期

地球自转的周期是1日。地球自转周期的度量，需要在地外的天空找一个超然于地球自转的参考点。按参考点的不同，天文上的日的长度有三种，它们是恒星日、太阳日和太阴日，分别以春分点、太阳和月球为参考点。通常所说的1日（一昼夜）是指太阳日。天球周日运动是地球自转的反映。因此，地球自转周期可以从天体周日运动的周期来测定。恒星日是指同一恒星连续两次在同地中天的周期。同理，太阳日就是太阳连续两次在同地中天所需的时间；太阴日则是月球连续两次在同地中天所经历的时间。

一天的长度是地球绕地轴完整转一圈所需的时间，平均为24小时或86400秒。但实际上，由于各种因素，如月球的引力、大气的季节性变化和地球液态核的影响，每次自转都略微不规则。结果就是，地球自转一周所需的时间通常略少于或略多于86400秒。这个毫秒的差异对日常生活没有任何明显的影响。

速度

地球自转的速度分角速度和线速度。地球各部分都有相同的自转角速度。根据地球自转的周期，地球自转的角速度平均为每小时15°，或每分15′，每秒15″。严格地说，这里的时、分和秒，皆指恒星时。地球在赤道上拥有最大的自转线速度，高达约465m/s，而在纬度40°时约355m/s。

地球自转速度有以下3种变化：

一是长期减慢。这种变化使日的长度在一个世纪内大约增长1～2毫秒，使以地球自转周期为基准所计量的时间，2000万年来累计慢了2个多小时。引起地球自转长期减慢的原因主要是潮汐摩擦。科学家发现在三亿七千万年以前的泥盆纪中期地球上大约一年400天左右。

二是周期性变化。20世纪50年代从天文测时的分析发现，地球自转速度有季节性的周期变化，春天变慢，秋天变快，此外还有半年周期的变化。周年变化的振幅约为20～25毫秒，主要是由风的季节性变化引起的。

三是不规则变化。地球自转还存在着时快时慢的不规则变化，其原因尚待进一步分析研究。

地球自转减慢还与人类的活动有很大的关系，特别是人造卫星的发射，其反作用力让地球自转直接变慢，根据动量守恒的原理，这种因素应该是目前造成地球自转变慢的最主要原因了。所以人类为了地球的安全，发射的卫星不应该再借助地球自转的动力。

形成原因

地球是由围绕在新生恒星周围的气体与尘埃组成的星盘所形成的。在这个旋转的圆盘中，尘埃和岩石碎片粘在一起，从而形成了地球。随着地球的成长，在太空中的岩石不断地与地球相撞，这样的撞击力成为推动地球旋转的力量。由于在早期的太阳系中，所有的碎片都是以大致相同的方向绕着太阳旋转，这些碰撞也使得地球以及太阳系中的大多数物体都以相同的方向旋转。

现代研究中发现，大多数行星都存在自转的行为。假设一列按照匀速直线运动的火车头部固定了一个球体，球体的上下都是依靠中心轴固定的，并且中心轴是垂直于地面的。如果不考虑空气本身的运动，也就是说我们假设空气是绝对静止的；同时除了火车的运动，我们也不考虑其他可以影响空气运动变化的因素。那么火车头部的球体在火车飞驰的过程中，虽然受到了空气压力的影响，但它应当保持静止，在球体的前面加一块铁板（不考虑固定方式），铁板也垂直于地面，并且位于球体中心的分割线上。如果铁板摆放的位置与火车运动的方向平行，那么我们现在依然可以认为球体在被铁板分割的上下两个球缺面上受到的风压相同，也就是说在火车运动过程中球体依然会保持静止。如果我们调整一下铁板的角度，使铁板前端不在球体中心分割线上，而是略微向移动一些，如果火车的运动方向没有改变，那么此时球体会在风压差下开始逆时针转动。

在太阳系中，随着地球的运动，由于地球所在区域的基本物质密度不断变化，地球的整个表面受到的基本物质的撞击压力也在不断发生变化，地球会产生旋转趋势。

假设存在一个穿过地球中心的平面，平面同时满足垂直于地球与太阳的中心连线和地球在任意轨迹点上的切线组成的平面，并且与地球的运动方向平行，如图2-9所示（左侧中心球体是太阳，右侧小球体是地球，并且地球此时在向着远离太阳的方向运动，穿过地球中心的直线代表分割的平面S₁)。此时地球的受力情况如图2-10所示。

把球面分成4部分，由穿过地球中心的平面S₁和垂直于平面S₁的平面S₂分割球体（平面S₁上的态射方向指向地球的运行方向，S₁和S₂的相交线垂直于太阳和地球的中心连线，同时也垂直于由地球中心发出的指向地球运动方向的半径延长线）。4个箭头分别代表4部分球面上所受到的基本物质的撞击压力之和。箭头1的反方向是太阳的方向。

如果箭头1和箭头3的合力大小正好等于箭头2和箭头4的合力大小，那么地球不会产生旋转的趋势。如果这4个箭头代表的合力中的任何一个发生变化，那么地球就可能产生旋转的趋势，结果只是旋转趋势的方向不同。

在上图中，态射1是指从太阳的方向撞向地球的基本物质粒子的撞击压力和，其中太阳必然阻挡了一部分本来可以撞击到地球的基本物质粒子。在箭头2、3、4方向的基本物质撞击压力并没有变化。此时再次对合力进行分析，如图2-11所示（为了形象表示，用数字大小来表示4个箭头所代表的压力大小，假设箭头2代表的合力大小是10；箭头3代表的合力大小也是10；由于地球运动的影响，地球运动正方向上得到基本物质粒子的撞击数量要多于地球背离运动方向上得到的基本物质粒子撞击数量，因此用9代表态射4的合力；箭头1的合力，则情况非常复杂，由于太阳的阻挡，其合力可能会有多种情况，在此简化复杂的情况，只用8来代表）。

如果对所有的合力进行表面分解，最终可以得到图2-11（b）所示的情况（数值不精确，此处只是代表意义，同时3和5两个数值可能会互换，这取决于地球和太阳的中心连线是位于8等分线的上方还是下方）。对所有分解出的力进行累加操作。最终的结果如图2-12所示。

把所有的力都合成后，得出图2-12（b）最终结果，从图中可以看出3大于1，也就是说地球具有逆时针旋转的趋势。如果如前面所说的，地球和太阳的中心连线从8等分线的下方转移到上方，那么此时的5和3的位置互换了，那么最终的结果是3和1的位置互换，则此时具有顺时针旋转的趋势。因此地球在运行的过程中，因为基本物质密度变化所导致的旋转趋势是在不断变化的，如果在整个轨迹过程中，我们对逆时针旋转趋势对地球自转造成的影响和顺时针旋转趋势对地球造成的影响进行量化后，就可以很容易地判断地球到底是要进行顺时针还是逆时针旋转了。

通过分析可知，地球受到的逆时针旋转趋势和顺时针旋转趋势的时间差取决于地球运行轨迹的椭圆曲率的变化。换句话说，行星的运行轨迹中椭圆曲率可能是决定行星的旋转方向不同的根本原因。

影响

昼夜交替

地球是一个不透明的球体，在任何时刻，太阳光只能照亮地球的一半。被太阳照亮的半球是白昼；未被太阳照亮的半球是黑夜。地球不停地自西向东自转，昼夜也就不断更替。

地方时与时差

地方时：①定义：地球每24小时自转一周（360°），即一小时转过经度15°。经度不同的世界各地，时刻不同，这种因经度而不同的时刻称为地方时；②特点：不同经度的地方时不同，地方时东早西晚；经度每隔15°，地方时相差1小时；经度每隔1°，地方时相差4分钟；同一条经线上的各地的地方时相同。

时差：因为地球自转的方向是自西向东，所以地球上的人总是越往东越能早点看到日出，而越往西则看到的日出时间越晚。假设地球的同一纬线上有两点A和B，A点在东，B点在西。由上可知春分日A点、B点日出时间都是6时，由于A点在东，所以A点先日出，当B点日出时，A点已经过了一段时间。此时B点为6时，而A点一定超过6时了，这种由于两地经度的不同而导致时间不同的现象，就是时差。

地转偏向力

北半球向右偏，南半球向左偏，赤道上不偏。

天体周日视运动

天体每日东升西没，以一昼夜为周期的运动现象称之为天体的周日视运动。它实质上是由于站在地球上的人们感觉不到地球的自转，而看到天体相对运动的现象。

证明方法

牙签法

先用一只脸盆装满水，放在水平且不易振动的地方，待水静止后，轻轻放下一根木质细牙签，并在牙签的一端做一个记号，记住牙签的位置，过几个小时后（最好在10个小时以上），再去看时你就会发现，牙签已经转动了一定角度，看起来好像是牙签在转动，其实它并没有转动，而是地球在转动。在北半球，牙签作顺时针转动，因为地球自转在北半球看起来是逆时针方向的，南半球则与北半球相反。

炮弹法

地球时刻不停地自转，地面上水平运动的物体，必然相对地发生持续的右偏（北半球）或左偏（南半球）。根据这种现象，人们分析射出的炮弹运动的方向，就能证明地球在自转。

重力加速度法

地球在时刻不停地自转，由于离心力的作用，地面的重力加速度必然是赤道最小，两极最大；地球不可能是正球体，而必然是赤道略鼓，两极略扁的旋转椭球体。重力测量和弧度测量的结果，证实了这些观点的正确性，也就从一个侧面证实了地球的自转。

深井测量法

地球时刻不停自转，由于自转速度随高度而增加，物体自高处下落的过程中，必然具有较高的向东的自转速度，而必然坠落在偏东的地点。为了证实这一点，有人曾在很深的矿井中进行试验。试验结果是：自井口中心下落的物体，总在一定的深度同矿井东壁相撞，从另一个侧面证实了地球的自转运动。

傅科摆

证实地球自转的仪器，是法国物理学家傅科于1851年发明的。地球自西向东绕着它的自转轴自转，同时在围绕太阳公转。观察地球的自转效应并不难。用未经扭曲过的尼龙钓鱼线，悬挂摆锤，在摆锤底部装有指针。摆长从3－30米皆可。当摆静止时，在它下面的地面上，固定一张白卡片纸，上面画一条参考线。把摆锤沿参考线的方向拉开，然后让它往返摆动。几小时后，摆动平面就偏离了原来画的参考线。这是在摆锤下面的地面随着地球旋转产生的现象。

由于地球的自转，摆动平面的旋转方向，在北半球是顺时针的，在南半球是反时针的。摆的旋转周期，在两极是24小时，在赤道上傅科摆不旋转。在纬度40°的地方，每小时旋转10°，即在37小时内旋转一周。显然摆线越长，摆锤越重，实验效果越好。因为摆线长，摆幅就大。周期也长，即便摆动不多几次（来回摆动一二次）也可以察觉到摆动平面的旋转。摆锤越重，摆动的能量越大，越能维持较长时间的自由摆动。

自转后果

地球自转所产生的后果，最明显的是天球的周日运动，其次是水平运动的左右偏转。地球自西向东自转，在地球上的观测者看来，地外的天空以相反的方向和相同的周期旋转，这就是天球周日运动。周日运动的方式因天体而异，还因地点而不同。

参考资料 >

地球“神秘”加速自转一天少了1.59毫秒地球自转时间一直在变化吗?_中国网.中国网.2026-10-14

认识地球︱地球在加速自转吗.河南省地震局.2026-10-10

地球自转加快，8月5日比平时短1.51毫秒，或为有记录以来最短一天.百家号.2026-10-10

历书基本术语简介.中国科学院紫金山天文台.2026-10-10

【科技日报】重新定义秒，锶光钟又进一步----中国科学院.中国科学院.2026-10-10

计时人员如何应对地球自转加速.百家号.2026-10-10

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