闰秒的风风雨雨

前阶段科普文中我们介绍了有关闰年的概念，有同好留言想了解关于闰秒的故事。在介绍闰秒之前，我们首先需要了解如下几个名词来帮助我们更好地理解它。这几个名词分别是：秒、世界时（UT）、国际原子时（TAI）和协调世界时（UTC）。

何为秒

秒是国际单位制中的基本单位之一。目前所知，关于秒的定义最早出现在摆钟被用作计时工具之后：1660年，伦敦皇家学会提出使用秒摆的摆长作为长度的单位，在地球表面，摆长约一米的单摆，向一个方向摆动一次所需的时间大约是一秒。后来又依据地球绕轴自转和绕太阳公转，以平太阳日的1⁄86400来作为秒的定义，即1秒=1⁄86400平太阳日。

每秒滴答作响的钟摆式擒纵装置（图片来源：维基百科）

现代意义上对于秒的定义来源于1967年召开的第13届国际度量衡大会，也称为原子时秒，规定：1原子时秒为地球海平面上，铯133原子在某一个特定跃迁发出的辐射振荡9192631770个周期所用的时间（原子必须在绝对零度时是静止的，而且所在的环境须是零磁场）。

铯（图片来源：wikipedia）

何为世界时（UT）

1928年，国际天文学联合会决定将英国格林尼治平太阳时0时作为世界时（UT）系统的起算点。到了1956年，人们将由天文观测直接得到的世界时系统称为UT0系统；加上地球移动改正项的世界时系统称为UT1系统；再加上地球自转速度季节性变化改正项的世界时系统称为UT2系统。

格林尼治天文台（图片来源：wikipedia）

世界时作为全球的标准时间，其产生和保持由天文台站负责，天文台通过天体测量的观测结果调整和修正精密时钟，并通过媒体等渠道（如广播）授时。随着技术和测量水平的提高，世界时的准确度也逐渐提高。然而天体运动的周期并非完全稳定，测量精度又是有限的，且测量周期较长，故其逐渐不能满足生产生活及科学研究的需求，因此出现了国际原子时系统。

何为国际原子时（TAI）

国际原子时简称原子时（TAI），同样来源于第13届国际度量衡大会。它的起算点是世界时1958年1月1日0时0分0秒，即认为在这一瞬间，原子时与世界时重合（事后发现，该瞬间原子时与世界时并非完全重合，而是相差0.0039秒）。

位于瑞士的FOCS 1铯原子冷喷泉原子钟(图片来源：维基百科)

现今，原子时由国际计量局（BIPM）的时间部门维持，根据全球约60个实验室中的大约240台自由运转的原子钟提供的数据进行处理，得出原子时，再由各授时单位发布。我国计量科学研究院建造的两台铯原子钟在1981年通过鉴定，参与原子时协调工作。我国还建立了以国家授时中心为基础的全国统一原子时系统，每天向中央广播电视总台和全国各科研机构提供准确的原子时。

何为协调世界时（UTC）

原子时虽然稳定，但与天体运行无关，其时刻没有实际意义，而世界时在实际应用中也有着重要意义，不能完全舍弃。协调世界时（UTC）就是为了将世界时和原子时协调起来而出现的一种时间系统，简称协调时，它以原子时秒长为基础（早期为了过渡，采用一种秒长稍有变化的协调时，1972年1月1日后，协调时的秒长严格等于1原子时秒），在时刻上尽量接近世界时。

协调时既基于世界时（UT），又与原子时（TAI）有着莫大的联系。1975年，第15届国际计量会议确定协调时为民用时间的基础，目前世界各国时间服务部门提供的标准时间均为协调时。

协调时带来闰秒

协调时采用原子时中的秒作为基本单位，进行分、时、日、月、年的计数，而世界时以地球自转为基础。然而地球自转不是均匀的，并且自转速度逐渐放缓，所以原子时和世界时不能简单的对应起来，这导致了大约每过几年原子时会就与世界时相差约1秒的时间。对于日常生活而言，长此以往将会造成协调时与生活经历不符；对于宇航及科研而言，一秒之差可能是翻天覆地的变化。

1962年至2017年每日长度的变化（图片来源：IERS）

当前处理方法

那么什么是闰秒呢？当原子时与世界时（UT1）相差超过0.9秒时，国际地球自转服务组织（IERS）就负责对协调时增加或减少1秒，分别称为正闰秒或负闰秒，合称为闰秒，也称为跳秒。

闰秒调整一般发生于协调时公历6月30日或12月31日的最后一分钟，当正闰秒时，时钟显示23：59：59之后是23：59：60，然后才显示00：00：00；当负闰秒时，时钟显示23：59：58之后便为00：00：00。由于时差，设置闰秒的时间对不同地方的人来说会有差异。从1972年至今已进行了27次闰秒，全部为正闰秒。

目前已进行的27次闰秒操作（图片来源：维基百科）

不足之处与争论

闰秒的不足之处也正是其引起争论之处。首先，对于科研、导航等需要高精度时间的行业或系统而言，人为地增加一秒会直接导致时间的中断与混乱。假设一个研究所在多个时区均有机构分布,在增加闰秒时忘记给其中任何一个机构增加闰秒，其进行时间连锁的仪器必然会引起崩溃。然后，由于一些程序无法识别连续两个相同的秒数，也会导致程序崩溃，从而造成大量经济损失。此前曾因闰秒调整致使手机失灵，2012年7月闰秒过后，澳州航空公司的订票系统也发生了崩溃，这种例子不胜枚举……最后，对于普通民众以及人们日常的生活而言，多一秒少一秒似乎也不是那么重要，远不如传统农历中少掉一个闰月影响大。

2008年4月，国际电信联合会（ITU）的工作小组提出停止闰秒的计划案。2012年1月，国际电信联合会决定在2015年的世界无线电会议中再决定闰秒的存废，然而这次会议中，各方争议与分歧仍然很大，最终，世界无线电会议决定2023年再行讨论。

参考资料

1. 协调世界时，百度百科，https://baike.baidu.com/item/协调世界时/787659?fr=aladdin#1

2. 秒，百度百科，https://baike.baidu.com/item/秒/2924586?fr=aladdin#5

3. 闰秒，百度百科，https://baike.baidu.com/item/闰秒/696742?fr=aladdin

4. Leap second，wikipedia，https://en.wikipedia.org/wiki/Leap_second秒、国际原子时

5. Coordinated Universal Time，wikipedia，https://en.wikipedia.org/wiki/Coordinated_Universal_Time

6. Greenwich Mean Time，wikipedia，https://en.wikipedia.org/wiki/Greenwich_Mean_Time

7. Second，wikipedia，https://en.wikipedia.org/wiki/Second

8. International Atomic Time，wikipedia，https://en.wikipedia.org/wiki/International_Atomic_Time

9. 国家授时中心闰秒公告，中国科学院，http://www.cas.cn/tz/201607/t20160720_4569148.shtml

10. 贾焕阁、李芝萍，天文·时间·历法（第二版），气象出版社，2011年6月

11. 萧耐园，秒的变迁，天文爱好者，2015，（5）：40-45

12. 谢懿，闰秒：是废还是留，天文爱好者，2015，（10）：47-51

有关闰秒的更多疑问，欢迎大家在评论区留言，小星会为你一一解答哦~