编制地球的quot;万年历quot;.pdfVIP

自然杂志28卷1期 特约专稿 编制地球的“万年历 汪品先 巾国科学院院士，同济大学海洋地质国家重点实验室，上海200092 关键词 时间 天文年代表轨道驱动 偏心率长周期 几百年来。人类在时间的概念和计时的方法上都取得了极大的进步，成功地将天文计时和物理计时结合起来使 用；然而。在地质的时间尺度上，至今缺乏统一的天文计时标准。为研究地球系统的历史变迁，迫切需要在El、月、年 之上，在地球运行轨道的参数中。寻找更长时间的天文周期。为编制地质年代的“万年历”使用。研究的进展表明，近 几百万年内可以用二万年的岁差周期，而整个地质历史可以用40万年的偏心率长周期作为地质计时的“钟摆”。本 文回顾历史，展望未来。对地质尺度的时间问题进行综述。 漏、水钟定时。不仅中国自古就分时辰，在巴比伦时代 还分出了时、分、秒，而且分、秒的六十进位制一直流传 1引言：四千岁还是四十亿岁 至今[61。 “今人不见古时月，今月曾经照古人”，说的是“人” 随着社会的进步，尤其是科学技术的发展，人类需 和“月”虽然同时入诗入画，时间尺度上却大不相同。 要关心的时间幅度已经大为扩展，短到亿分之一秒，长 “朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋”，说的是可怜的小型生 到数十亿年。计时的方法和标准也随之大为变化，只是 物寿命有限，听不到晨钟暮鼓，看不见寒往暑来。其实， 行外人士对时间的概念变化不大，一说到时问，想起的 你我有幸生而为人，既识晦朔又历春秋，比朝菌蟪蛄神 不是手表就是日历。本文就是想从计时概念与技术的 气得多；但要和月亮比起资格来，实在是无地自容。 进步入手，漫谈人类对时间认识的发展；而且“三句不离 现在知道，月亮和地球大体上同庚，都已经是四十 本行”，重点放在研究地球历史用的时间概念和计时 多亿年的高龄。但这是现在的认识，几百年前，人类或 单元。 者认为世界永恒、根本没有年龄这一说，或者认为地球、 世界的历史不过几千年。流传最广的是爱尔兰大主教 2从天文钟到原子钟 James Ussher的说法，他在1650年指出世界是上帝在 公元前4004年10月23El星期天创造的。其实，这“四 时间的流逝，推进着人类对时间的认识，提高着对 千年“并非这位大主教的创新[1]，耶稣降生时地球只有 时间分辨率的需求。当古人不能以日晷和沙漏为满足 四千岁是当时流行的看法。要等到19世纪末发现放射 的时候，就出现了种种机械计时的尝试，其中一个重大 性元素的衰变，才找到了通过矿物测年的物理学方法求 进展是钟摆的发明。尽管伽利略早就注意到用摆锤计 取地球年龄的新途径[2]，再经过几十年的努力，得出地 时的潜力，第一个钟摆还是要等到17世纪中叶，由荷兰 球形成于45亿年前的数据[3]，和Ussher的说法相差五 人C．Huygens来发明。与以前任何计时装置相比，摆 个量级。如今，人类对时间的视野还在拓宽，不仅认识到 钟的精确度提高了上百倍，而他随后发明的螺旋平衡弹 宇宙大爆炸发生在137亿年前[4]，而且进一步探讨宇宙簧，又进一步提高精度、减小体积，导致了怀表的出现。 大爆炸是否属于周期性现象[5]5。 然而再好的摆钟，其精度也只能达到每年误差不超过一 当然，人类最为关心的还不是宇宙或者地球的年 秒[6]，再要提高就需另辟蹊径。 龄，而是和自己生命活动相关的时间尺度。最简单的计 测时的原理是运用时间上稳定的周期性过程，其实 时参考系，莫过于昼夜交替和季节更新，这就是日和年， 物理学上周期性过程的时间范围极大，短到普朗克时间 也就是以地球自转和公转为基础的天文计年。再要细 的10—43S，长