我们原本会在2026年“失去一秒”，但因为这个原因可能要推迟了

全球气候变暖已经成为备受瞩目的话题，我们所熟知的是它会严重影响全球各地的气候和生态，但是可能很少听说它竟然还会影响到时间。更令人意料之外的是，我们本来应该在2026年“失去的一秒”也可能因此被推迟了！

图片来源：veer图库

世界时与协调世界时

我们可以从时钟上知道现在的时间，那么时钟上的时间又是怎么得到的呢？正如长度可以测量一样，时间也是可以用来测量的，且像长度一样也需要有一个公共的标准尺度。这个标准尺度称为时间基准或时间频率基准。

一般来说，任何一个能观测到的周期运动，只要能满足下列条件都可以作为时间基准：

• 能做连续的周期性运动，且运动周期十分稳定；

• 运动周期具有很好的复现性。

自然界中具有上述特征的运动有很多种，如早期人们发现的太阳在空中的变化、月相变化和季节节气，后来的钟摆及石英晶体的振荡，以及原子跃迁时发出的电磁波振荡信号等。

钟表中的摆轮，这就是一个周期性运动的设备

（图片来源：Wikipedia）

古人“日出而作，日落而息”，在日常生活中，人们已经习惯用太阳来确定时间，安排工作和休息。真太阳时就是以地球自转为基础，太阳中心为参考点的。太阳连续两次通过某地的子午线的时间间隔称为一个真太阳日，以其为基础均匀分割后得到真太阳时系统中的“小时”、“分”和“秒”。真太阳时在数值上等于太阳中心相对于本地子午圈的时角（太阳时角即从观测点天球子午圈沿天赤道量至太阳所在时圈的角距离。地球自转一周360度，对应的时间为24小时，即每小时相应的时角为15º），再加上12小时。

然而，实际上真太阳时的长度并不一致。这是由于两方面的原因导致的，一方面地球围绕太阳的公转轨道为一椭圆，据开普勒行星运动第二定律，行星绕太阳公转时，它与太阳连线在相同时间内扫过的面积是相等的。这意味着，当地球靠近太阳（即在近日点时），它的实际速度（线速度和角速度）会更快，因为它需要在相同时间内扫过更大的距离来保持与太阳连线扫过的面积相等。相对地，在远日点（离太阳最远的点）地球的速度会减慢。

地球公转轨道示意图，近日点角速度快，远日点角速度慢（ 图片来源：Wikipedia）

另一方面，地球公转是位于黄道平面的，而时角是在赤道平面量度的。因此真太阳时不具备作为一个时间系统的基本条件。

地球的黄道面和赤道面（图片来源：Wikipedia）

为了弥补真太阳时不均匀的缺陷，人们便设想一个假太阳来代替真太阳，它和真太阳有两点不同：（1）周年视运动轨迹位于赤道平面而不是黄道平面；（2）它在赤道上的角速度是恒定的，等于真太阳的平均角速度，我们称这个假太阳为平太阳。格林尼治起始子午线处的平太阳时就称为世界时。

在1955年之前，由于受观测精度和计时工具的限制，地球的自转比任何现有的振荡器都更稳定，因此秒被定义为地球相对于太阳旋转一周所用时间的特定分数。随着生产力的发展和科学技术水平的提高，人们逐渐发现地球自转的速度是不均匀的，且人们对时间和频率的准确度和稳定度的要求越来越高，以地球自转为基准的世界时已经越来越难以满足要求了。

从20世纪50年代起，人们逐渐把目光集中到建立原子时上来，这是以物质内部原子运动为基础的。1967年10月，第十三届国际计量大会通过如下决议：位于海平面上的铯133原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间定义为原子时的1秒。

稳定性和复现性都很好的原子时能满足高精确度时间间隔测量的要求，因此被很多部门所采用。但有不少领域如天文导航、大地天文学、宇宙飞行器跟踪等又与地球自转有密切关系，离不开世界时。比如在地图制作中，需要考虑到地球的自转效应，世界时可用于精确计算经度，从而确保地图的准确性。由于原子时是一种均匀的时间系统，而地球自转却是不均匀的，所以原子时和世界时之间将会存在差异。

为同时兼顾各个领域的 需求，国际无线电科学协会于20世纪60年代建立了协调世界时。 协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长，而协调世界时与世界时间的时刻差规定需要保持在0.9秒以内，否则将采取闰秒的方式进行调整。

什么是闰秒？

我们对“闰秒”这个词可能会感到陌生，但是对“闰月”一定很熟悉。其实，和闰月的方式和目的类似，闰月是为了协调回归年和农历年的矛盾，闰秒则是为了让协调世界时与世界时的时刻差保持在0.9s以内。增加1秒为正闰秒，减少1秒为负闰秒。下图展示了自1972年以来实施的27次正闰秒。在一般情况下，当我们打开手机计时发现此时正好是07:59:59（北京时间），那么下一秒将会是08:00:00，但是如果此时正在实施正闰秒的调整，将会显示07:59:60这一特殊的时刻。

UTC（北京时间-8小时）实施的27次正闰秒

由于全球变暖而“展开手臂”的地球

我们从上图可以看出，至今实施的闰秒都是正闰秒，这是因为协调世界时的基准比较稳定，而地球自转存在不断变慢的趋势，导致世界时的秒长变得越来越长。在实施协调世界时的最初，几乎每年都需要正闰秒的调整，但在过去的26年中只有5次——闰秒的调整变慢了。

美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的地球物理学家邓肯·阿格纽认为，这一变化的发生是由于地球整体的角动量守恒，地球液核角速度的变慢导致固体地球的自转角速度加快，一天的长度回到了19世纪的值。因此，闰秒发生的频率越来越低。如果照这一趋势发展下去，世界时的秒长将会变得比协调世界时的秒长短，我们将会在2026年（也就是今年）首次实施负闰秒的调整。

但是在全球变暖的大背景下，事情似乎没有那么简单。2024年，阿格纽发表于英国《自然》杂志上的一篇研究论文表明，由于全球变暖，格陵兰岛和南极洲冰融化加快，部分地球质量会向赤道附近转移，地球会更变得越来越“扁平”，使得固体地球的惯性矩增大。由于角动量守恒，地球就像在冰上的舞者，展开手臂增大惯性矩，从而达到减小角速度的效果。

因此，全球变暖将导致地球自转的角速度减慢，可能会使负闰秒的调整推迟至2029年。该文章还预测，如果冰川融化速度是当前速度的100倍，将不会发生负闰秒，甚至会在2040年进行正闰秒的调整。

全球变暖对计时的影响

虽然1秒的时间对于我们的日常生活来说几乎没有感觉，但是金融贸易等领域的计算系统需要精确到千分之一秒，1秒的调整足以造成很大影响了。而且不同的网络服务目前处理闰秒的方式不同，虽然现在许多系统都有软件可以接受额外的一秒，但很少有软件允许删除一秒，因此负闰秒会带来一些计时的问题。

由于闰秒的不可预测性给庞大的全球基础设施的同步带来诸多不便，2022年第27届国际计量大会决定，最迟不晚于2035年废除闰秒，并要求各方协商提出一个可以将协调世界时持续至少百年的新方案，解决这个问题的一个可能方法是让世界时和协调世界时之间的差异增加到一分钟。

相信大家读到这里已经明白了为何全球变暖还会影响我们的计时，以及为什么本应该出现在2026年的负闰秒却可能不会发生了吧。虽然最迟在2035年将取消闰秒修正，但在取消之前，我们可能会经历第一次也可能是最后一次负闰秒。到那时，我们可以打开手机上的时钟，亲眼见证一下历史性的一幕！

作者：方婧

作者单位：中国科学院国家授时中心

（文章于2024年4月12日首发于科学大院。）

本文出品自“科学大院”公众号（ID：kexuedayuan）。

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