李忠東

天到底有多少秒？這個(gè)問(wèn)題隨便問(wèn)哪個(gè)同學(xué)都能告訴你：一天有24小時(shí)，1小時(shí)有60分鐘，一分鐘有60秒，一天當(dāng)然有86400秒了。然而，這個(gè)答案正確嗎？

地球自轉(zhuǎn)在變慢

地球上的一天是由地球的自轉(zhuǎn)速度決定的，而地球的自轉(zhuǎn)與天體的形成過(guò)程有關(guān)。

在太陽(yáng)系形成的初期，新生的太陽(yáng)周圍圍繞著旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃盤。塵埃盤是塵埃微粒最開(kāi)始囚摩擦起電而聚集成的，后來(lái)在引力作用下通過(guò)碰撞而増大，這個(gè)碰撞過(guò)程使行星產(chǎn)生了自轉(zhuǎn)。地球繞自轉(zhuǎn)軸自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)，從北極點(diǎn)上空看呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從南極點(diǎn)上空看呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

我們之所以感覺(jué)不到地球在旋轉(zhuǎn)，是因?yàn)槲覀兏S其自轉(zhuǎn)，在慣性作用下感覺(jué)不出來(lái)。其實(shí)生活中的一些景象可以證明地球在自轉(zhuǎn)，例如水流的漩渦方向，不管水盆放水產(chǎn)生的漩渦，還是江河湖海里面因?yàn)樘厥猬F(xiàn)象產(chǎn)生的漩渦，都是有規(guī)律的。其中北半球水流漩渦的方向都是逆時(shí)針，南半球水流漩渦的方向都是順時(shí)針，再比如東西走向的馬路在北半球是南邊磨損嚴(yán)重到了南半球則是北邊磨損嚴(yán)重。

科學(xué)家通過(guò)長(zhǎng)期研究得出結(jié)論，地球自轉(zhuǎn)速度有可能階段性變快，但長(zhǎng)期趨勢(shì)只可能變慢。這種變化使1日的時(shí)長(zhǎng)在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)增長(zhǎng)1～2毫秒。主要原因是月球的引力。海洋覆蓋地球表面70.8%的區(qū)域，億萬(wàn)噸海水被月球引力吸引形成“潮汐摩擦”。潮汐傳播的方向自東向西，與地球自轉(zhuǎn)方向相反。它會(huì)引起地球固體部分和海水部分產(chǎn)生摩擦，摩擦產(chǎn)生熱量并散發(fā)出去，消耗了地球自轉(zhuǎn)的動(dòng)能，就像給地球踩了“剎車”一樣，使得自轉(zhuǎn)逐漸減慢。

另外，如果地球的質(zhì)量分布發(fā)生變化，就可能改變自轉(zhuǎn)速率，比如地震對(duì)地球自轉(zhuǎn)速率的影響就比較明顯。

補(bǔ)上失去的時(shí)間

目前，世界上有兩種時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)：基于原子振蕩周期的“原子時(shí)”和基于地球自轉(zhuǎn)的“世界時(shí)”。

“原子時(shí)”由原子鐘產(chǎn)生，現(xiàn)在的鍶原子光晶格鐘穩(wěn)定度相當(dāng)于160億年不差1秒?！霸訒r(shí)”1小時(shí)60分鐘，1分鐘60秒，一天就是86400秒，各國(guó)都在使用。“世界時(shí)”指格林尼治所在地的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，是根據(jù)地球自轉(zhuǎn)時(shí)間定義1天的時(shí)間，很穩(wěn)定，一天的時(shí)間也是86400秒。

不過(guò)，事實(shí)上地球自轉(zhuǎn)經(jīng)常會(huì)因?yàn)楹Ｑ蠡虼髿獾纫蛩囟鴷r(shí)快時(shí)慢，所以“世界時(shí)”不完全準(zhǔn)時(shí)，與“原子時(shí)”相比每一天有千分之一秒的差別。這誤差看似微不足道，但日積月累差異會(huì)越來(lái)越大。

為了兼顧兩種計(jì)時(shí)系統(tǒng)，科學(xué)家規(guī)定了“協(xié)調(diào)世界時(shí)”，它以“原子時(shí)”秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)，在時(shí)刻上盡量接近“世界時(shí)”。這樣鐘表時(shí)間宏觀上是“世界時(shí)”，微觀上是“原子時(shí)”。

972年，國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定，當(dāng)兩種計(jì)時(shí)系統(tǒng)的時(shí)刻相差達(dá)到0.9秒時(shí)，“協(xié)調(diào)世界時(shí)”就增加或減少秒，以盡量接近“世界時(shí)”，這個(gè)修正被稱作“閏秒”。閏秒一般被安插在23時(shí)59分59秒，按照正常情況，下秒應(yīng)為0時(shí)0分0秒，但加入閏秒后，時(shí)鐘則顯示為23時(shí)59分60秒，之后再進(jìn)入0時(shí)0分0秒。閏秒的安插日期有4個(gè)選擇，6月30日、12月31日、3月31日，以及9月30日，具體由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局通過(guò)監(jiān)測(cè)地球自轉(zhuǎn)速度，統(tǒng)一規(guī)定和發(fā)布。

從20世紀(jì)70年代以來(lái)，全球已進(jìn)行了27次閏秒調(diào)整，最近一次調(diào)整是在2016年除タ。這27次都是在彌補(bǔ)因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)變慢所產(chǎn)生的時(shí)間滯后，也就是說(shuō)我們的時(shí)間一共增加了27秒

減去多出的時(shí)間

増加1秒，普通人根本察覺(jué)不出來(lái)，然而對(duì)某些行業(yè)的影響非同小可其中對(duì)閏秒最敏感的是計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域。當(dāng)閏秒發(fā)生時(shí)，計(jì)算機(jī)或服務(wù)器系統(tǒng)會(huì)因?yàn)闊o(wú)法識(shí)別兩個(gè)連續(xù)的相同秒數(shù)而不知所措，中央處理器可能因系統(tǒng)不斷詢問(wèn)而“死機(jī)”，電子郵件可能迷失“方向”，甚至重要數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失，所以實(shí)施閏秒會(huì)直接影響包括航空、通信和金融等需要精準(zhǔn)對(duì)時(shí)的領(lǐng)域。

由于閏秒的出現(xiàn)是不可預(yù)測(cè)的，因此調(diào)整措施不能提前設(shè)定，這就增加了計(jì)算機(jī)“搞定”這一秒的難度。為了破解閏秒難題，各大計(jì)算機(jī)公司各有策略。美國(guó)谷歌公司把增加的1秒分解成若干毫秒，逐步添加到系統(tǒng)時(shí)鐘的更新中，從而確保系統(tǒng)不中斷;微軟的視窗操作系統(tǒng)則忽略閏秒，在它增加之后再調(diào)整到與“協(xié)調(diào)世界時(shí)”同步。

為了不中斷定位、導(dǎo)航、授時(shí)的連續(xù)性，作為對(duì)時(shí)間精度要求極高的全球主流衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國(guó)全球定位系統(tǒng)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，都選擇不插入閏秒，這樣就與“協(xié)調(diào)世界時(shí)”之間已經(jīng)累計(jì)27秒時(shí)差。

盡管地球一次自轉(zhuǎn)不足86400秒，但是科學(xué)家也注意到，地球自轉(zhuǎn)速率從2020年的年中以來(lái)呈加快趨勢(shì)。在2020年之前，2005年7月5日是有記錄的最短一天，比86400秒快了1.0516毫秒而在2020年中，這項(xiàng)記錄被打破了28次，一天時(shí)長(zhǎng)平均少了0.5秒。如果繼續(xù)下去，也許就要考慮用“負(fù)閏秒取代閏秒。所謂負(fù)閏秒，當(dāng)然就是和閏秒反其道而行，定時(shí)要減1秒。

現(xiàn)在，閏秒制度可以確保天文觀測(cè)與時(shí)鐘時(shí)間同步，但對(duì)于某些數(shù)據(jù)資料和電信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言，可能也會(huì)產(chǎn)生麻煩，因此取消閏秒，采用先進(jìn)技術(shù)運(yùn)算的“原子時(shí)”取代“世界時(shí)”的呼聲很高。但反對(duì)者認(rèn)為，時(shí)間“成不變”產(chǎn)生的問(wèn)題更嚴(yán)重。如果采用精準(zhǔn)的“原子時(shí)”，隨著地球越轉(zhuǎn)越慢，許多年后時(shí)間與晝夜交替將無(wú)法匹配，太陽(yáng)可能在下午1點(diǎn)オ升到正空。事實(shí)上，這樣的爭(zhēng)執(zhí)已經(jīng)存在了很多年。

2023年，閏秒的存廢將在國(guó)際電信聯(lián)盟通信大會(huì)上通過(guò)表決來(lái)確定。