时间都去哪儿了？——闰秒的前世今生(2)

1972年上海天文台研制的中国第一台氢原子钟样机

原子时的优点是准确，缺点是过于准确。因为有了原子秒之后，一个平太阳日就不再是准确的86400秒了，而是有微小的偏差，这样的微小偏差反映了地球自转运动的不均匀性，并且随着时间的推移，偏差会累积起来，因为长期来看，地球的自转速度是逐渐变慢的。更重要的事，我们的日常生活，以及很多重要的工业部门是按照世界时——也就是按平太阳日——安排活动和日程的，换句话说，我们的生活依赖于不太准确的地球时钟，这个不准的时钟和准确的原子时发生了矛盾。

不过人们不是第一次遇到这类棘手问题了。众所周知，地球公转一圈（回归年）是365.2422天，不是整数，而历法只能按整天来安排，要么365天，要么366天，这样历法中一年的长度就和实际的“年”的长度发生了矛盾，然而我们可以让某些年为366天而其余年为365天，平均下来，一年的天数就比较接近地球公转周期了。例如，可以在四年中让某一年为366天，这样四年总天数为1461天，平均下来一年365.25日，与实际的回归年相差只有0.0078天。长度为366天的那个年我们通常称闰年，闰年增加的那一天，我们称之为闰日。现行的格里历通过复杂的置闰规则，在400年内安排97个闰年，使一年的平均长度为365.2425日，与回归年长度已经非常接近了。

所以人们自然想到用闰秒来解决平太阳日与原子秒之间的矛盾，办法和历法中的闰年制度类似，通过让某一天的长度为86401秒或86399秒，最终使一平太阳日的平均长度接近86400原子秒，人为加减的的那一秒就是“闰秒”（leap secend）。1972年正式通过引入闰秒制度而使世界时和原子时达到时间的大和谐，这种由国际电信联盟提出的新计时系统叫做“协调世界时”，英文叫Coordinated Universal Time，本来可以缩写成CUT，但法国人不干，非要用法语缩写成TUC，最后本着协调精神，缩写成了UTC。现在的问题是，如何设置闰秒？

由于地球自转运动的不稳定性是不可预测的，所以无法像闰日制度一样设置规则的闰秒，只能根据地球自转的实际情况决定是否设置闰秒。首先要通过观测确定平太阳时，这个工作各个负责授时的天文台一直在做，它们的观测数据数据汇总起来，经过复杂的校正最后可以计算出世界时。

上图是近几十年不同年份的平太阳日的长度与86400秒的偏差图，来源于国际地球自转服务组织(IERS)，从图中可以看出这个偏差的变化是复杂的不可预测的。

当IERS通过计算发现世界时与原子时的偏差的累积值将要超过±1秒的时候，它会在每年的1月或7月发布通告，决定在当年的6月或12月的最后一天的最后一分钟增加或减少1秒。根据中国科学院国家授时中心1月12日发布的“2015年闰秒公告”，今年的闰秒实施前后的时间标记为：

UTC时间：

2015 年6月30日，23时 59分 59秒

2015 年6月30日，23时 59分 60秒

2015 年7月 1日， 0时 0分 0秒

北京时间：

2015 年7月1日，7时 59分 59秒

2015 年7月1日，7时 59分 60秒

2015 年7月1日，8时 0分 0秒

其中的7时 59分 60秒就是闰秒。

闰秒制度的引入解决了世界时和原子时的协调问题，但也带来了一些不容忽视的问题，最主要的就是闰秒嵌入的偶然性对某些计时装置造成了麻烦，例如日本就报告其时间标记系统曾经崩溃了3次，而每次都是因为这个闰秒。所以一直有人呼吁在UTC中废除闰秒，但兹事体大，目前该问题还在热烈的讨论之中，预计2015年会作出决定。