最后è本星期六31 d的分钟 é十一月将持续... 61秒。 second秒确实是一个补充ée准时同步官方时间,如é通过原子钟, 天文时间,dé以地球自转结束。但是有些人想放弃这个éfé天文参考。 2012年发表的一篇文章对此问题进行了评估。
科学与社会

世界时间:应该删除leap秒吗?

时钟所指示的时间始终是固定于地球和太阳运动的一种方式。但是这个天文参考可以被放弃。

大卫·芬克曼,Steve Allen和Kenneth Seidelmann 对于科学N°412
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“自远古时代以来,普遍用于标记时间流逝的手段就是天体的明显运动;而时间的测量,无论是白天和黑夜的时间,还是日历和时间计算所涉及的更长的时间间隔,仍然取决于天体的运动。其他方式(例如时钟)仅是辅助工具或中介。 ”

美国天文学家埃德加·伍拉德(Edgar Woolard)和杰拉尔德·克莱门斯(Gerald Clemence)所说的这些话可以追溯到1966年,也就是说,昨天是在人类测量时间的历史规模上。但是,当时那个无形的真理-民事时间最终是基于天体的运动-很快就会受到质疑。一个联合国机构,即国际电信联盟(itu-r)的无线电通信部门,可以通过采用协调世界时(utc)的新定义来最终打破这一联系。

协调世界时是格林威治标准时间(格林威治标准时间)的现代继承者。自1972年以来,它是世界上大多数国家/地区合法时间的基础。它是根据国际系统(si)的秒数来建立的。现在,这个单位定义为铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所发射的辐射的9 192 631 770周期的持续时间,这是一种完全独立于地球或地球自转的物理现象。任何其他天体现象。

民用钟表以前曾被调适为天文钟,现在被定为原子钟。但是,由地球自身旋转定义的太阳日的长度比由原子秒计数所定义的日的长度稍长。这就是为什么在原子时间流中临时添加leap秒以保持协调世界时与地球自转的实际持续时间的同步的原因。这些leap秒是协调两种根本不同但又有用的时间度量的临时方法。

现在,theitu-r建议放弃the秒的插入,也就是说将协调世界时定为原子时间,而不再定为由天体运动推断的时间。这种动荡将具有科学和技术意义,也将具有法律和哲学意义。 day一词会保留其原始含义,即“地球绕其轴自转的持续时间”还是意味着“ 794 243 384 928 928 000个周期的持续时间?铯133的排放?我们绝对应该放弃跟随地球自转来测量时间吗?定义的这种改变将如何有用和令人期望?让我们研究一下这种前所未有的情况。

在日历中添加天数

日历是一种以与阴历和太阳周期相一致的方式定义长时间周期的系统。太阳日的平均长度不是地球或月球轨道周期的精确除数。换句话说,年份不完全是365天,阴历月也不是29天。因此,如果不定期调整日历,季节将随着年份逐渐变化。

古代文明了解地球绕太阳一周或热带年份的旋转大约持续365.25天。这就是为什么朱利安历法人朱利叶斯·凯撒(Julius Caesar)在公元前45年建立的日历每四年(le年)都有一个额外的leap日。

现在我们知道,热带年份短一些:平均365.2422天。累积起来,这种0.002%的微小偏差最终导致儒略历从太阳的实际航向偏移了十天,这是十六世纪教皇格里高利十三世解决该问题的时候!为了弥补这一差异,法令规定1582年10月15日(星期五)将紧随10月4日(星期四)之后。此外,决定每四个世纪省略三个three日(世俗年仅是其年份可被400整除的visible年)。

取决于国家/地区,这种新的所谓的格里高利历很快或多或少地被采用。英国及其殖民地(以及更广泛的新教和东正教国家)抵抗了两个世纪。例如,乔治·华盛顿(George Washington)根据朱利安历法出生于1731年2月11日,但他的生日是2月22日庆祝的,公历是1752年在美国东海岸采用的。

阳历(365.2422天)今天在全球范围内用于官方目的。伊斯兰教使用纯粹的阴历,包括12个月的29或30天(实际发光持续29.53天),平均354天。因此,与公历和季节相比,每年偏移11天。其他所谓的阴阳系统,如中国日历,则通过不时地引入阴历月份来保持与热带年份和季节的接近。有些年有13个月。

这些日历需要带有国际日历的公历日历的转换表。因此,更一般而言,要解释日期,必须既了解当前日历的规则,又要了解事件发生时所在的时间和文化所使用的日历的规则。

在所有日历中都不可避免地要增加leap日或月份来跟随实际的太阳年,并且这些调整将持续到将来。

将秒数增加到时钟

seconds秒遵循的逻辑类似于the日和similar月,但它们的含义要大得多。电流测量设备的精度要求我们纠正地球自转的持续时间与原子钟指示的时间之间的微小差异。通过向协调世界时添加leap秒来实现此同步。如何定义和应用这些调整?为了理解这一点,让我们回顾世界时间的历史。

日历计算天数,而时钟则将它们分开。沙子或水的流动,​​摆的振动,晶体的振动或原子的发射线,越来越复杂的手段已被用来将持续时间分成相等的小单位。古代文明将昼夜分为12小时。这个可变的时间(因为日出和日落之间的持续时间会随着一年中和纬度的时间而变化)被称为临时时间,直到中世纪。为了进行计算,天文学家使用了在春分点测量的临时时间。将小时和分钟分为60个亚基,这是基于六倍体基数的巴比伦分数(60,易于拆分的整体)。因此,按照常识,一天有24小时,一个小时有60分钟,而一分钟有60秒。因此,秒的传统含义是一天的1 / 86,400。

当天的几种定义

但是,一天的几种天文定义并存。明显的(或真实的)太阳日是太阳在局部子午线(天球上的半圆穿过天极和天顶)的两次通过之间的间隔。可以用简单的日d测量。但是,由于地球自转轴相对于其轨道平面(黄道)的倾斜度及其偏心率,在整个过程中,视在太阳日变化了正负30秒。那一年。这种现象的一个例证是analemma,它是8形轨迹,似乎描述了一年中太阳在同一时间每天观察到的一年(见图3)。

恒星日对应于地球自身周围的一个圆,相对于固定恒星进行了测量(见图2)。这个持续时间更加统一,因为它不依赖于地球绕太阳运行的轨道。当地球自转时在其轨道上向前移动时,平均太阳日平均比恒星日长约四分钟。

自上古以来,表观太阳日长度的变化导致了平均日数的定义,即均匀持续时间,遵循“理想”太阳,该太阳将在精确的24小时后返回子午线。这是最适合民用时钟的太阳时。平均日与视在太阳日的偏差由一种称为时间方程的关系控制(请参见下面的方框)。

直到1960年代,根据地球自身的自转,将第二个时间定义为平均太阳日的1 / 86,400。由该定义得出的时间标度为“格林威治标准时间”(GMT)。

逆转自转

但是,地球的自转有些不规则。使用平均太阳时间预测的月球位置有些不确定。此外,月球通过潮汐捕获了地球角动量的一小部分,从而逐渐减慢了地球的自转速度。

但是从十九世纪末开始e 美国航海年鉴办公室主任西蒙·纽科姆(Simon Newcomb)发布了天文学家,测量师和水手所需的天文数据,以前所未有的精度校准了热带年的长度。通过根据可追溯到1750年的天文学观测结果对各种小变化进行平均,他得出了一个非常精确的方程式,描述了地球在太阳周围的位置,并迅速确立了自己的国际标准。

在1930年代,根据地球绕太阳公转的时间(称为星历时间(te))和基于旋转的格林威治标准时间,对纽康方程中使用的时间进行了区分。地球的。

星历时间和格林威治标准时间之间的差异可以从月球或行星的观测位置与纽康表预测的位置之间的差异中得出。然而,这种转换是缓慢而乏味的,以至于同样在美国航海历书办公室的杰拉尔德·克莱门斯(Gerald Clemence)于1948年宣布,《星历表》是供天文学家和其他科学家使用的,而继续使用是有意义的满足平民需求的平均太阳时间(通用时间)。

但是,在1960年,决定将国际系统的时间单位(第二个单位)以星历时间为基础,而不再以格林威治标准时间为基础,格林威治标准时间有时改名为世界时(ut)。因此,第二个时间定义为热带年的一小部分。该单元的一致性非常适合于太阳系理论或电磁频率的校准。

原子时间的到来

但是在那时,原子钟已经能够非常精确地测量持续时间。 1958年,英格兰国家物理实验室的Louis Essen和美国海军天文台的William Markowitz确定了铯133原子的两个超细能级之间跃迁期间发射的辐射频率,这对应于最好以星历的持续时间为第二。 1967年,国际制度放弃了第二个星历表,取而代之的是基于此原子频率的第二个星历表。在几年之内,由国际度量衡局在塞夫尔建立和协调的原子秒流量成为国际原子时间(tai)。

许多科学和技术应用都取决于国际体系原子秒的持续时间。但是,在世界标准时间的太阳日中,从没有确切的86400原子秒。每天的差异只有几毫秒,但是使用原子钟测量时间会导致时间尺度与世界时显着不同。换句话说,世界时间偏离了国际原子时间。

但是,大多数法律,用途和技术都通过“通用时间”来定义民事时间的度量。同样,天文观测和太空飞行也需要使用世界时,因为地球自转。

与世界时保持联系

那么如何调和天文时间和原子时间呢?在1960年代生效的第一个解决方案是,将小于原子标准的长度小于0.1秒和长度变化的秒的“跳跃”引入广播世界时(因此,相当于十秒的时间已添加到“通用​​时间”中。但是这种做法使测量特定的时间间隔或校准电磁频率变得很困难,因为世界时的一秒持续时间与原子频率标准不同。

1972年,该系统被废弃,取而代之的是leap秒,并被定义为世界协调时间(utc)。国际天文学联盟(uai)对此概念进行了澄清,并由ui-r的前身国际无线电通信咨询委员会(ccir)正式定义。

整个leap秒保持不变的国际原子时间与基于相对于遥远的无线电源测得的地球自转(不是很恒定)的世界时版本之间的关系,称为ut1(ut1与ut随时相差不到一秒钟)。

当ut1和utc之间的间隔超过0.9秒时,将决定插入a秒。然后将秒添加到utc,并显示为23:59:60,这将增加utc一天的持续时间,同时保持连续且明确的时间戳。计划提前六个月进行添加,并且总是在一个月的最后一天的最后一秒(实际上是6月或12月;下一个将在2012年6月添加)。

迄今为止,已经引入了24个leap秒。它们被同时插入世界各地。因此,相对于格林威治子午线,它们在每个时区的本地时间中早些或晚些出现。

谁定义时间?

谁建立协调世界时?实际上,这种责任在不同组织之间分担。如前所述,国际原子时间是由塞夫尔国际度量衡局建立的。巴黎天文台的国际地球自转服务(iers)则通过极其精确地监视地球自转来确定何时增加when秒。但是从历史上看,当utc成立时,短波无线电广播是实时传输的主要手段,因此,国际电信联盟(itu-r)的无线电通信部门负责维护协调世界时。然而,这个机构是一个简单的行政控制机构,绝不参与时间尺度的发展(此外,如今,可以通过许多其他方式以不同的保真度获得utc。 :全球地理定位系统或GPS,电信或气象卫星,甚至Internet计时协议)。

大多数人并不了解世界协调时间,并认为从我们从童年中学到的一天正好是24 3 60 3 60秒。甚至软件设计师和硬件制造商也不总是了解know秒问题,或者只是忽略它。

这种无知通常没有后果。实际上,很少有应用需要确定相对于utc的时间至最接近的秒。特别是,我们的计算机时钟太差了:它们每天最多移位几分钟!大多数都被编程为与外部时钟同步。许多网络设备忽略了leap秒的插入,并容忍了不同组件之间的时间漂移​​,直到通过整体同步重置整个网络时钟为止。对于此类应用,seconds秒无关紧要-不管是好是坏。

相比之下,leap秒可能会给需要精确同步但不能处理这些问题的系统带来麻烦。在某些分布式计算机系统中,例如,如果网络组件忽略leap秒,则可能会破坏已排序数据包数据的共享。

问题的一部分在于通知系统。 yier公告c中正式宣布增加a秒。然后,工程师必须将此信息转换为其他计算机系统可以理解的形式。诸如gps之类的某些系统在其宣布后不久(即应用将近六个月)之前,广播有关即将到来的leap秒的信息。因此,GPS接收器可能是自动通知即将来临的leap秒的最可靠,最实用的方法。但是,GPS系统报告的时间并未考虑leap秒,目前比UTC早15秒,这使某些太空应用变得复杂。

约束多于优势?

美国标准技术研究所(nist)提前30天在短波上广播了leap秒通知。某些用于联网设备的协议仅提前一分钟发出警告,这可能为时已晚,例如,如果更新不是自动进行的。

协调世界时的另一个问题是leap秒的显示。虽然模拟时钟不能跟上61秒的分钟,但理论上数字时钟和软件可以。使用“负” leap秒(从23:59:58到00:00:00)将更加容易。在实践中,缺乏廉价的计算机硬件和电子电路来应对a秒的增加(例如,发布23:59:60),已经导致了非常多样化和非常规的表示方法。 世界标准时间 是second秒的方法。它还可能导致计算机时钟同步出现问题。

1970年代初推出具有飞跃秒数的utc时,它给电信行业带来了一定的便利和好处。 30年后,由于刚刚讨论的问题,leap秒不再那么受欢迎。这就是itu-r在2001年决定重新审视此问题的原因。经过反思,该机构的一个研究小组建议放弃leap秒,同时保留协调世界时名称。

ITU-R无线电通信全会于2012年1月在日内瓦举行会议,投票赞成或反对在2018年之前取消leap秒。截至本文撰写之时,我们尚不知道投票。但是,如果该提议获得批准,那么协调世界时将不再与世界时(即与太阳时)同步,以遵循与原子时间平行的标度。

那会发生什么呢?取消leap秒的主要好处是,不使用天文时间的系统将不再需要保持最新,处理和显示这些秒数。这将导致电信和某些电子导航系统(例如gps)的显着简化。

但是,任何使用历史信息的人都会受到处罚。此外,某些太空任务和其他天文应用将必须小心区分无without秒的协调世界时和世界时。

放弃leap秒也将破坏集成leap秒管理的时钟和电信设备。在国家法律中,法律和法规的变更也将是必要的,因为天文时间是显性或隐性的标准。

从长远来看,如果没有leap秒,基于原子时间的utc和ut1之间的差距(基于昼夜的实际节奏)将继续扩大。太阳运动所指示的正式时间和真实时间将慢慢改变。极端的是,如果什么都不做,那么一天将是从中午到午夜,而今天的日期将在一天当中改变!

因此,比the秒甚至更多的实质性调整都是必不可少的,但更多的间隔是leap分钟或小时。事先知道,这些调整比leap秒更容易实现。

天空,时间的守护者

当然,没有计时系统可以无限期地进行下去。即使是格里高利历,总有一天也需要通过增加特殊的leap日来进行调整,或者让位给更精确的历法,因为它的规则也只是实际天文关系的近似值。

同样,按照目前的格式,协调世界时将在一千年后不再起作用:那时,要与世界时同步,它将花费比数月时更多的leap秒添加它们!的确,如果近年来由于我们星球内部的地球物理现象而使太阳日的长度平均缩短,从长远来看,由于潮汐力的影响,每个世纪太阳日将增加几毫秒。由月球施加。目前天文时间长度约为86,400.001秒。因此,我们需要每两到三年a一下。在50,000年中,天文价值约为86,401秒。使用当前系统,则每天将需要leap秒!

有趣的是,子孙后代将如何适应这种情况。像所有技术一样,时钟可以说很多关于文明的事情。但是计时是当前的问题,并将持续数十年和几个世纪。我们将始终需要区分白天和黑夜,将白天分为几个小时,并为重要事件设定日期。

在行业,学术界或政府机构中,对于更改协调世界时和消除leap秒没有达成共识。但是,如果我们打破了时间与天文周期之间的联系,我们不确定是否能够重新连接它。即使消除了leap秒,潜在的问题-如何协调原子时间在天文时间上的不断进步-永远不会消失。此外,在大多数国家/地区,utc仍然是计算民事时间的法律依据;这是一个约定,不应一时改变。 ITU-r的审议会解决或扩大这些问题吗?只有时间证明一切。

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