图说：科研团队提取的日长亚十年振荡结果与原始信号的比较 来源/采访对象供图
无论昼夜交替，还是日月星辰东升西落，背后的主因都是地球自西向东的自转。地球自转是一直恒定的吗？答案当然是否定的，地球的自转在变化，而且变化得相当复杂。其中，日长变化就是一种表现。地球磁场能够保护我们免受太阳风和宇宙辐射的伤害，但地磁每隔数年总会“捣乱”一下，这几者间是否存在联系？
近日，中国科学院上海天文台天文地球动力学研究中心地球自转变化课题组、中科院行星科学重点实验室的科研人员首次发现了日长变化中存在显著的约8.6年周期的振幅增强信号，并首次发现该振荡的极值时刻与地磁场快速变化的发生存在密切的对应关系。这一研究成果于5月8日在线发表在国际著名综合期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。
对地球自转的不规则变化的观测和研究被认为是除地震学之外另一种研究地球深内部物理学的重要手段，是天文学为研究地球内部而特制的“望远镜”。“日长变化具有从一天到数十年、甚至更长期的变化频谱，分别对应于不同的天文和地球物理机制。”该研究参与者、上海天文台研究员黄乘利介绍，“一般认为，尺度为数十年的年代际变化和尺度约5到10年的亚十年变化很可能与地球深内部物理有关。这些周期性变化的特征和起源就是我们要寻找和探究的，尤其是亚十年变化特征。”
在这项研究中，科研人员发现，日长亚十年变化中实际存在两个主成分的周期信号，周期分别为6年及8.6年。这两个信号的叠加可以很好地解释观测到的日长亚十年变化的时频域特征。
“我们的工作否定了目前国际上已被广泛接受的日长变化亚十年周期信号中仅存在周期为6年的信号的观点，首次发现了日长亚十年变化中存在显著的约8.6年周期的振幅增强信号，也阐明了该振荡的极值时刻与地磁急变的发生之间存在密切的对应关系。”上海天文台副研究员段鹏硕表示。“地磁急变”是指地球磁场强度突然发生变化，研究者们预测在最近的一两年内很可能会有一次新的地磁急变事件发生。
在研究中，科研团队采用了国际地球自转服务系统提供的1962年至2019年近57年的日长变化数据，结合大量数值模拟算例分析，基于“标准小波时频变换方法”和团队独立发展的“去小波边缘效应策略”。
“‘标准小波时频变换方法’具有很高的频率分辨能力，可以区分日长亚十年变化中不同的频率成分，然而该方法具有显著的边缘效应问题；而‘去小波边缘效应策略’可以很好弥补这一不足，使得我们可以准确的分离出目标谐波信号，基于这一方法我们首次发现8.6年信号的振幅增大现象。”段鹏硕告诉记者。
目前地磁急变的预测是国际上的一个难题。在黄乘利看来，这行工作提供了一种新的研究入口，可以通过精确分离地球自转的亚十年变化振荡信号，预测未来地磁急变发生的时刻。“也不难看出，通过地球自转精细变化特征的研究，可以深入了解地球深内部的磁流体动力学问题。”
日长变化的精细时变特征和相关的物理原因，目前还所知甚少，但科研团队的研究对于进一步了解地核的年际运动特征以及解决地磁场快速变化的起源问题具有重要意义。