闰秒又双叒叕要来了,就在明天!

作者: 李孝辉

来源: 科学大院

发布日期: 2016-12-30

本文介绍了闰秒的概念及其产生的原因,详细解释了世界时、原子时和协调世界时之间的关系,并说明了如何通过增加或减少闰秒来调整协调世界时与世界时的差异。

闰秒又双叒叕要来了,就在明天!一小时60分,一分钟60秒,这是每个人都知道的常识。但是,千万不能让“想当然”欺骗了你。实际上,一分钟有可能是61秒,也有可能是59秒,这就是闰秒。2016年的最后一分钟就是61秒(即会出现格林尼治时间2016年12月31日23时59分60秒,北京时间2017年1月1日7时59分60秒的情况)!上一次闰秒的出现在北京时间2015年7月1日的7:59分。

2015年的闰秒时隔一年半,闰秒又双叒叕出现了,这究竟是怎么回事?下面,听我来讲一个忧伤的故事……我们都知道,选定一个公认的起点,按照固定的间隔累计,这就形成了时间。但问题就在于,这个“固定的间隔”里的“固定”,在不同的时期,人们对它的要求是不一样的。很早的时候,一滴一滴的水滴下的间隔就是固定的间隔,随着科学技术的发展,人们对“固定的间隔”要求越来越高,于是就不断更换更加稳定的固定间隔。

在1960年以前,人们采用地球自转的间隔作为形成时间的基础,这就是世界时,它满足了当时的需要。后来,人们发现,地球既像一个懒汉又像一个醉汉。说ta是懒汉是因为地球越转越慢,35年慢了约4毫秒,说ta是醉汉是因为地球的自转是忽快忽慢的。最后,人们对这个固定间隔失望了,因为它只能达到1E-7的精度。

地球自转周期与24小时的偏差有需求就有发展,人们很快就发现了更加准确的“固定间隔”——量子跃迁的周期,并作出了原子钟,然后根据原子钟又定义出了原子时。时间的定义改为原子时之后,原子时精度比世界时高出上千倍甚至上万倍。原子时取代世界时,你一定会认为这是理所当然的,但答案是否定的,有人反对了。

反对的是测绘、深空探测、航空、航海等领域的人,他们要对太空或者地球进行观测,希望能知道地球什么时间在什么位置,这种情况应用世界时是最好的,因为世界时就是根据地球自转得到的,世界时的时间严格反映了地球的自转。于是,这些领域的人,成为了世界时的拥护者。

但是,也有另外一些场合,像电子、通信等行业,这些人根本不关心地球转到什么地方,他们只需要均匀的时间间隔,时间越均匀、越稳定越好,他们认为,原子时是最好的时间。就这样,这两帮人吵了起来,到底要满足谁呢?不得不说,用原子时还会有另外一个问题,由于地球自转变慢,按照现在的速度,5000年差一个小时!三万年以后,原子时的24小时对应世界时的30小时,于是有的时候,会出现午夜零点太阳就升起来的情况。

这可给科学家出了个难题,有人用这,有人用那,到底该怎么办?最后,他们想到了一种和稀泥的办法。需要世界时的人需要的是世界时的时刻,需要原子时的人需要的是原子时秒长的均匀性,那么,我们就创造一种兼有两种时间优点的时间尺度好了,于是,一种新的时间尺度——协调世界时(UTC)出现了。协调世界时的产生要注意两个方面:原子时的秒长和世界时的时刻。

兼有世界时和原子时优点的协调世界时刚开始的时候,假定原子时、协调世界时、世界时三者基本重合。协调世界时将秒长固定为原子时的秒长,这样,保持了原子时秒长的均匀性。不过,由于世界时秒长较长,协调世界时的秒和世界时的秒差别会越来越大,于是,科学家们想出的解决办法是,等到第5秒,两个时间的时差在0.9秒附近时,令协调世界时多走出5~秒,这样,协调世界时的第六秒和世界时的第六秒又会基本重合一起。

协调世界时的产生方法如此操作,协调世界时的秒长忠实的反映原子时的秒长,但规定协调世界时的时刻与世界时的时刻差保持在0.9秒以内。如果时刻差将要超过0.9秒,就在协调世界时中加上1秒或者减去1秒,使用这种方法来缩小两者差距。正常情况下,一分钟是60秒,从第0秒到第59秒,然后进入下一分钟的第0秒。如果增加闰秒,一分钟是61秒,第59秒后将出现第60秒,然后再跳到下一分钟的第0秒。

一般设置闰秒是在协调世界时年末12月31日或者年中6月30日的23点59分59秒后插入一秒,对应北京时间下一天的7点59分59秒。61秒的一分钟和60秒的一分钟经过这样的调整,世界时和协调世界时两者的差在0.9秒以内,它们与国际原子时(TAI)的差逐渐增大,到2015年6月30日,它们的差改为36秒。

现在,它们的差又快到0.9秒了,因此,需要在今年的最后一分钟再增加1秒,到这以后,它们的差就会变成37秒了。协调世界时和北京时间的闰秒(本文首发于科学大院,中科院国家授时中心供稿,转载请注明出处并保留下方二维码)

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