月球现在远离我们的速度可以非常精确地量出来:阿波罗计划在月面上安装了测距仪,测出地月距离每年增加大约 38 毫 米,恰好是目前地月平均距离的一百亿分之一;由此可以计算出地球现在的自转周期变化,目前的速度是每过一百年,一天的长度增加2.3毫秒。
要是这个速度一直不曾改变的话,我们就能直接算出恐龙时代的一天有多长了:从6500万年前它们灭绝那会儿到现在,地球的自转周期大约增加了25分钟。不幸的是,地球自转的放缓不可能是均匀的,不能用现在的数据来计算以前的情况。那我们怎么能知道远古以前地球是怎样自转的呢?天文学家寻找到了额外的助力:他们得到了地质学家和古生物学家的帮助。
按理来说,从地球上出现海洋的那一刻起,潮汐作用就稳定地施加在了地球身上,也在地球表面的岩石上留下了痕迹。 不过我们找不到那么遥远的证据,因为地球的板块运动让地壳 的岩石始终不断地循环,大部分的古老岩石都湮没在岩浆中。 从原核生物沉积形成的叠层石记录看来,至少在 25 亿年前, 地球就显著地受到潮汐作用影响。地质学家们研究了远古时期的受潮汐影响的沉积岩层——他们管这种岩层叫“潮汐韵律 层”——得出结论说9亿年前地球上的一天大约只有18个小时, 一年大概有481天;另一片6.2亿年前的潮汐韵律层说明,当 时的一天有21.9个小时,一年大约有400天,合13个月。
地月间潮汐作用的大小受到地球陆地和海洋分布的影响, 而在整个地球46亿年的演化过程中,地表发生过无数次沧海桑田的变化。光是冰期和间冰期之间的变动就会让潮汐的大小产生明显的不同,而由远古时期的超大陆、超大洋变为如今的七大洲、四大洋,其间的差异更是翻天覆地。目前地球自转的变慢幅度是长期以来最快的,以前的变化要更小一些。除了沉积岩层之外,古代的生物也提供了关于昼夜节律的线索。