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1分钟有61秒的时代将迎来终结,以前的30秒和现在的30秒

时间:2024-05-16 10:00:02 阅读:305 作者:非法同居

一分钟有60秒这种常识自然是不用多说。当然万事无绝对,当需要闰秒时,就会出现一分钟有61秒的情况。

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有61秒的1分钟,上一次闰秒出现在北京时间2017年1月1日7时59分60秒

不过日前(2022年11月18日)在第27届国际计量大会上,各方达成了一项共识——取消闰秒机制,1分钟有61秒的情况将会在2035年后(可能更早)不复存在。

比起闰年,闰月或者闰日,大家对*闰秒这个概念可能相对比较陌生,毕竟上一次闰秒还是接近6年以前的事情。闰秒的出现其实与人类时间计量技术的发展息息相关。


1 什么是秒

在说明什么是闰秒前,我们需要知道一秒是怎么来的。最开始人类通过天体运行规律定义了年、月、日,小时的概念是源自古埃及的传统,古埃及人把白昼和黑夜各均分为12小段,即1日24小时。分和秒则是进一步细分小时的时间单位,在古拉丁语中,分和秒分别代表了小时的第一小分度(minuta)与第二小分度(secunda)[1],即1小时的1/60与1/3600。

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这个点每闪一下,你就失去了1s

不难发现一秒的长度与一天的长度,也就是地球的自转周期有关。实际上在20世纪50年代以前,一秒就是一天的1/86400,这里的一天指的是平太阳日,即假想一个在天赤道上以太阳周年运动平均速度匀速运动的天体连续两次经过同一子午圈的时间间隔。

然而随着科学技术的进步,大家开始意识到地球的自转存在不均匀性,这就意味着一天的长度并不固定,一秒的长度也会受到影响。为了确保一秒的定义是稳定的,就需要寻找地球自转周期以外的参考。最开始科学家看中了地球的公转周期,相比自转周期,地球公转周期确实要更为稳定。1960年的第11届国际计量大会正式确立了秒的新定义:秒为1900年1月0日历书时12时起算的回归年的1/31556925.9747。这个新定义本质上没有改变一秒有多长,但确保了一秒的长度不会因为其他因素发生改变。

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第11届国际计量大会决议原文︱BIPM

一秒有多长算是有了明确定义,但是天文学家很快发现在实际操作中很难对这个「新秒」进行准确测量,几经周折后得到的结果也并不能满足现代科学技术对于时间精度的要求[2]。在天文学家一筹莫展时,物理学家发现在微观世界中存在一些稳定且易于复现的物理现象,可以用作时间频率标准。1967 年第 13 届国际计量大会通过了基于铯原子跃迁的秒定义: 位于海平面的铯-133原子基态两个超精细能级,在零磁场中跃迁辐射震荡为 9192631770 个周期所持续的时间[3]。2019年国际计量局(BIPM)基于1967年定义更新了秒的表述[4]。

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中国计量院铯原子喷泉钟︱中国计量科学研究院

2 什么是闰秒

以上一共出现了三种「秒」,分别是基于地球自转的「平太阳秒」,基于地球公转的「历书秒」以及基于微观物理现象的「原子秒」。其中原子秒不再与天文现象挂钩,而与此同时一天的长度仍然有着明确的天文学意义,这就引发了新的问题——「闰秒」的出现正与这一变化有关。

在平太阳秒时代,一天和一秒之间有着严格的换算关系:86400秒为一天。而在原子秒时代,由于地球自转的不均匀性,86400个原子秒不再严格等于一个平太阳日,两者每天会出现1~4毫秒不等的时间差,有时一年下来的累积时差可以达到1秒以上。这种差异会让基于地球自转的世界时(UT1)与基于原子秒的国际原子时(TAI)很快失去同步。

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可能有人觉得一年1秒的误差算不上什么,但不要忘了世界时可以反映出任一瞬间地球自转轴在三维空间中的角位置,这对于导航定位、天文大地测量、深空探测等领域而言是至关重要的信息之一[5]。为了协调世界时与原子时,协调世界时(UTC)应运而生。协调世界时基于国际原子时,两者的唯一区别在于协调世界时有闰秒机制,这是为了确保协调世界时与世界时(UT1)之间的时间差不超过0.9秒。自1972年到2016年,为了抵消地球自转减慢的影响,UTC已经添加了27次闰秒。

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1972年以来UT1与UTC的时间差变化︱Wikipedia

3 为什么要取消闰秒

既然有了闰秒以后时标之间的同步问题得到了解决,那为什么国际计量大会这一次又宣布取消闰秒呢?从这一次决议文件的内容来看,关于UT1与UTC的最大允许时间差多年以来一直在讨论,主要原因有三[6]:

第一是闰秒机制会引起时间计量上的不连续,这可能会导致重要数字基础设施出现严重故障,包括全球卫星导航系统(GNSSs),电信,能源传输系统等。

第二个原因是数字网络运营商以及全球卫星导航系统采用了不同的方式处理闰秒带来的影响,但各家在解决问题时并没有遵循统一的标准。这种方法上的不协调又会进一步影响重要国家基础设施相互间的协同能力,从而产生不稳定的风险隐患。不同方法的引发的混乱还会威胁到UTC作为唯一参考时标的地位,同时也影响了国家计量机构作为计量标准颁布来源的权威。

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各国卫星导航系统应对闰秒的方式不尽相同︱Engineering at Meta


另外最近对地球自转速率的观测显示地球自转存在加速的迹象,这意味着可能需要引入负闰秒,这是过去未曾出现的情况。

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近2年平太阳日的长度略短于86400秒︱Wikipedia

时间和频率咨询委员会(CCTF)在对计量、科学技术机构以及其他利益相关方开展了广泛的调查后,根据反馈总结出各方的共识,即应采取行动解决目前UTC不连续的现状。

4 取消闰秒,然后呢?

如无意外闰秒会在2035年或更早成为历史,但与闰秒有关的时标同步问题不会因为闰秒的消失自动解决。UT1与TAI的差异是天然存在的,即使不引入闰秒机制,也需要其他更合适的调整方法。国际计量大会决定要在确保UTC至少一个世纪连续不间断的前提下重新确定一个UT1与UTC的最大时间差,为此要在2035年或更早制定一份计划以保证相关措施得以落实。有学者提出可以在原子时间与地球自转之间的时间差累积到1分钟时再作统一调整,比如规定某一天的最后一分钟有两分钟那么长[7],使两个时标恢复同步。

参考&拓展

[1]唐玄之. 时间计量单位的发展[J]. 自然杂志, 1983(01):52-55.

[2]王棡. 秒的定义及其演变[J]. 物理, 1990(07):430-434.

[3]刘学富. 基础天文学[M]. 高等教育出版社, 2004.

[4]https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9-EN.pdf

[5]倪广仁, 和康元, 杨廷高. 时间单位——秒定义的由来和沿革(下)[J]. 中国计量, 2004.

[6]https://www.bipm.org/en/cgpm-2022/resolution-4

[7]https://www.theguardian.com/world/2022/nov/18/do-not-adjust-your-clock-scientists-call-time-on-the-leap-second


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来源:逐星科技

编辑:Tammy

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