地球的軸向傾斜約為23.4°。 它以41,000年的週期在22.1°到24.5°之間振盪，目前正在下降。
在旋轉軸上
编辑
主条目：轉軸傾角 § 地球
地球自轉軸相對於固定恆星運動（惯性参考系）；這個運動的分量是進動和章動。它也相對於地殼運動；這被稱為極移。
歲差是地球自轉軸的旋轉，主要由太陽、月球和其它天體引力的外部扭矩引起。極地運動主要是由於自由核心章動和錢德勒擺動。
轉速
编辑
主条目：日長波動和世界時改正數
潮汐相互作用
编辑
數百萬年來，地球的自轉因與月球的引力相互作用而顯著減慢。因此，角動量以與
r
−
6
{\displaystyle r^{-6}}
成正比的速率緩慢地轉移到月球上，其中
r
{\displaystyle r}
是月球的軌道半徑。這個過程逐漸將一天的長度增加到現在的值，並導致月球與地球「潮汐鎖定」。
這種逐漸的旋轉減速通過對「潮汐節律石」和「疊層石」的觀測獲得的日長估計值來經驗地記錄下來；這些測量結果的彙編[45] 發現一天的長度從6億年前的21小時穩定增加[46]到當前24小時的值。 通過計算在較高潮汐時形成的微觀層，可以估計潮汐頻率（以及一日的長度），就像計算樹木年輪一樣，然而這些估計在年代越久遠時，可能越來越不可靠[47]。
諧振穩定
编辑
地球日長歷史的模擬，描繪了整個前寒武紀時期的共振穩定事件[48]。
目前的潮汐減速率異常高，這意味著地球的自轉速度在過去一定下降得更慢。 經驗數據[45]初步顯示大約6億年前旋轉減速急劇增加。 一些模型表明，地球在前寒武紀的大部分時間裡都保持著21小時的恆定日長[46]。這個日長對應於熱驅動的大氣潮的半晝夜共振週期；在這一天的長度上，月球減速扭矩可能會被大氣潮汐的加速扭矩抵消，導致沒有凈扭矩和恆定的旋轉週期。這種穩定效應可能被全球氣溫的突然變化所打破。最近的計算模擬支持了這一假設，並提出了馬里諾冰期（英语：Marinoan glaciation）或斯圖爾特冰期在大約6億年前打破了這種穩定的配置；模擬結果與現有的古自輪數據非常吻合[48]。
全球活動
编辑
日長與基於SI的日的偏差
最近的一些大規模事件，如2004年印度洋大地震，通過減少地球的慣性矩，使一天的長度縮短了3微秒[49]。後冰期回彈（英语：Post-glacial rebound），自上一個冰河時代以來，地球質量的分佈也正在改變，從而影響地球的慣性矩，並通過角動量守恆影響地球的自轉週期[50]。
一天的長度也會受到人造結構的影響。例如，NASA科學家計算出，由於質量的變化，三峽大壩中儲存的水使地球一天的長度增加了0.06微秒[51]。
《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）2024年刊登的最新研究顯示，在1993至2010年間，人類一共抽取2兆1500億噸的地下水，用於民生、農業與灌溉，又通過水流、蒸發或降雨流入大海，不但造成海平面上升，也致使地表水資源重新分配，由於地球不是完美的球體，每年會像陀螺一樣以幾公尺的幅度搖晃，造成地下水的分佈變化，導致地球向東傾斜約80公分。此研究的主要作者首爾大學（Seoul National University）地球物理學教授徐基元（Ki-Weon Seo，音譯） 表示，地球自轉軸與地面的交點稱為地理極點，而地球自轉軸的確切位置隨著地球擺動而發生變化的現象稱為極移，一旦地球轉軸傾角變成90度，南北半球將呈現最兩極的變化，一個半球會在6個月內籠罩在黑暗之中，另一半球則會在6個月內持續面對熾熱的陽光；他也提醒，儘管抽取地下水不會影響四季變化，但久下來可能會改變全球氣候，而且地下水的儲量是有限的，一旦耗盡就很難補充，恐引發全球範圍的災難性後果[52]。
測量
编辑
参见：世界時 § 測量
地球自轉的監測主要是通過甚長基線干涉測量與全球定位系統、衛星雷射測距（英语：Satellite laser ranging）和其他衛星大地測量（英语：Satellite geodesy）技術協調的。這為確定 世界時、進動和章動提供了絕對參考[53]。
地球自轉的絕對值，包括UT1和章動，可以使用空間大地測量來確定，例如甚長基線干涉測量和月球雷射測距，而它們的導數，表示為日長超額和章動率，可以從衛星觀測中得出，例如GPS，GLONASS，伽利略[54]，以及大地測量衛星的衛星雷射測距[55]。
古代觀察
编辑
開始於西元前8世紀，有記錄的日食和月食的觀測結果，來自巴比倫和中國天文學家以及中世紀伊斯蘭世界[56]，和其它地方。因為一天的長度是計算日食地點和時間的關鍵參數，因此這些觀測結果可用於確定過去27個世紀地球自轉的變化。 在日食觀測中，每世紀毫秒的日長變化表現為小時和數千公里的變化。古代數據與較短的一天一致，這意味著地球在過去轉得更快[57][58]。
週期性變異
编辑
大約每 25-30 年，地球的自轉每天會暫時減慢幾毫秒，通常持續約五年。 2017年是地球自轉連續第四年放緩。這種變異性的原因尚未確定[59]。