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)