闰秒：2035年计划终止

闰秒，在世界各地同时于23:59:59 UT添加，记录为23:59:60，如上方计算机屏幕所示。下一秒则计为次日的00:00:00。在这些日子里，受影响的6月30日或12月31日将持续86401秒，而不是通常的86400秒。
图片来源：astronoo.com (新窗口) — AI生成图像，公共领域。

科学摘要

Astronoo的文章探讨了闰秒，这是一种旨在补偿原子时与地球自转不规则性的世界时调整。它描述了世界时 (UT) 和国际原子时 (TAI) 的测量，漂移的原因（潮汐、地震、内核运动）以及IERS的作用。文章回顾了自1972年以来添加的27秒，并讨论了这种做法对计算机系统的影响，以及从2035年起废除闰秒的决定。

为什么我们的时钟偶尔会添加一秒？

本文致力于探讨闰秒，这是一种将超精确原子时与地球不规则自转同步的微妙机制。虽然自1967年以来，铯原子钟定义了不变的秒，但地球的自转由于潮汐、内核运动和气候变化而减慢或加快。这种差异虽然微小，但会累积，每世纪达到数十秒。

为了保持世界时 (UT1) 和原子时 (TAI) 之间的一致性，国际地球自转与参考系统服务 (IERS) 在差异超过0.9秒时决定添加或减去闰秒。自1972年以来，只进行了添加，迄今共增加了27秒。

但这种看似无害的修正会干扰计算机系统和电信网络。因此，在2022年，国际度量衡大会决定在2035年之前废除闰秒，以实现更顺畅的世界时管理。本文追溯了这一短暂秒数的历史、科学和技术挑战。

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世界时，地球自转的度量

自1972年以来，世界时 (UT) 是与地球自转同步的时间。它通过精确观测遥远类星体在观测地点子午线上的经过，并进行一些修正来测量。通过这种方法，天文学家可以获得微秒 (10^-6秒) 量级的精度。但地球绕其轴的自转并不规则。

国际原子时，不变的参考

国际原子时 (TAI) 是基于秒定义的时间尺度，由分布在世界各地的349台铯原子钟计算得出。这一参考在全世界实时使用，铯133 (Cs133) 的精度达到10^-10秒。这种用于科学目的的等时时间被称为地球时 (TT)。

两个时间尺度之间漂移的原因

由于地球自转的不规则性，世界时逐渐偏离原子时。这种漂移很大，自1972年以来约为35秒。这些累积的微小漂移是由于月球和太阳的潮汐效应、冰盖的季节性变化、地震、海啸以及地球内核的各种运动造成的。

通过闰秒进行调整

UT和TAI两个时钟之间的漂移必须进行修正，这就是为什么自1972年以来，世界时已增加了27秒。这些秒被称为闰秒或附加秒。

自TAI测量开始以来，位于巴黎天文台的国际地球自转与参考系统服务 (IERS) 仅添加了闰秒。当时钟之间的偏差达到约0.5秒时，就会产生闰秒。

闰秒的宣布和传播

提前通过信息公报《C公报》进行宣布，每6个月发布一次。传播由国际电信联盟协调。

注 :
2015年，在法国，这个闰秒在夏令时7月1日上午发生。时钟显示1小时59分59秒，然后是1小时59分60秒，然后是2小时00分00秒。这个秒的添加与我们星球自转的变化相关，由巴黎天文台的SYRTE实验室（参考系统时间-空间）在全球范围内决定。

2035年后闰秒的替代方案

从2035年起，闰秒将被废除。正在考虑几种选项来管理UTC和UT1之间不断扩大的差距：

让差距扩大

UTC将不再调整，与UT1的差距可能在2035-2040年左右达到1秒，然后达到几秒。
优点：计算机系统简单化。
缺点：从长远来看（大约100年后），差距可能超过1分钟，给天文观测带来问题。

通过更大的跳跃调整UTC

不添加1秒，而是每50-100年添加1分钟。
优点：对计算的干扰较少。
缺点：1分钟的跳跃比1秒更难处理。

使用混合时间尺度

有人提议创建一个新的时间尺度，结合TAI的稳定性和地球自转，但没有闰秒。
示例：地球时 (TT) 已在天文学中使用，但未与地球自转同步。

对现代技术的影响

闰秒对以下方面提出了重大挑战：

计算机系统

数据库：一些不支持60秒（例如2017年之前的MySQL）。
时间协议：NTP（网络时间协议）必须更新以广播60秒。
Web应用程序：2012年，Reddit、LinkedIn和Cloudflare等网站曾中断。
嵌入式系统：GPS、卫星和电网必须以极高的精度同步其时间。

关键基础设施

电网：不同步可能导致级联故障。
金融市场：股票交易依赖于超精确时间（例如纳斯达克使用原子钟）。
电信：5G/6G网络需要微秒级同步。

当前的技术解决方案

为了规避这个问题，一些公司使用：

闰秒涂抹：Google将闰秒分散到24小时（例如每864秒+1毫秒）。
忽略秒：Amazon和Microsoft将服务器与TAI同步，不使用闰秒。
混合时钟：结合GPS和本地原子钟。

闰秒表

自1972年以来的添加历史

1958年，世界时 (UT1) 和国际原子时 (TAI) 两个时钟被宣布同步。1972年，它们相差10秒。这个初始偏移被保留，但此后，世界时增加了27个闰秒以修正其漂移。

在2016年至2026年期间，地球稳定旋转，没有大的波动，或者更确切地说，一个方向的漂移补偿了另一个方向的漂移，偏移保持恒定。

闰秒历史 (1972-2026)
年份	6月30日	12月31日	年份	6月30日	12月31日
1972	+1	+1	2000	0	0
1973	0	+1	2001	0	0
1974	0	0	2002	0	0
1975	+1	0	2003	0	0
1976	+1	0	2004	0	0
1977	+1	0	2005	0	+1
1978	0	+1	2006	0	0
1979	0	+1	2007	0	0
1980	0	0	2008	0	+1
1981	+1	0	2009	0	0
1982	+1	0	2010	0	0
1983	+1	0	2011	0	0
1984	0	0	2012	+1	0
1985	+1	0	2013	0	0
1986	0	0	2014	0	0
1987	0	+1	2015	+1	0
1988	0	0	2016	0	+1
1989	0	+1	2017	0	0
1990	0	+1	2018	0	0
1991	0	0	2019	0	0
1992	+1	0	2020	0	0
1993	+1	0	2021	0	0
1994	+1	0	2022	0	0
1995	0	+1	2023	0	0
1996	0	0	2024	0	0
1997	+1	0	2025	0	0
1998	0	+1	2026	0	0
1999	0	0

参考文献

FAQ：关于闰秒的一切

什么是闰秒？

闰秒是为补偿原子时（完全规则）与地球自转（不规则）之间的偏差而添加到协调世界时 (UTC) 的额外秒数（或减去）。它使UTC和UT1之间的差值保持在0.9秒以下。

为什么地球自转不规则？

地球自转经历短期和长期变化：月球和太阳的潮汐效应使其逐渐减慢，而地震或内核运动等突发事件可能使其加速或减速。冰盖的季节性变化也影响自转速度。

闰秒是如何决定和公布的？

国际地球自转与参考系统服务 (IERS) 持续监测UT1和TAI之间的偏差。当偏差超过0.9秒的阈值时，IERS发布《C公报》以宣布闰秒的添加或删除，通常在6月30日或12月31日进行。该决定是与国际电信联盟协商作出的。

自1972年以来添加了多少闰秒？

自1972年引入该系统以来，已添加了27个闰秒（没有删除）。最后一次是在2016年12月31日。自2017年以来，UT1和TAI之间的偏差一直保持在阈值以下，没有计划新的闰秒。

闰秒会造成哪些问题？

添加或删除闰秒会干扰依赖连续时间的计算机系统和电信网络。NTP（网络时间协议）和数据库等协议必须处理这种异常，可能导致错误、时间偏移和服务中断，如2012年一些网站所发生的情况。

为什么在2035年废除它？

2022年，国际度量衡大会 (CGPM) 决定从2035年起废除闰秒。目的是简化数字技术的全球时间管理，这些技术因这种不规律性而受到影响。从2035年起，UTC和UT1之间的差异可能达到整整一秒，然后达到数秒，而无需系统修正。

目前企业如何处理闰秒？

使用了几种策略：

闰秒涂抹（Google）：将闰秒分散在24小时内。
忽略秒（Amazon、Microsoft）：将服务器与TAI同步。
混合时钟：结合GPS和本地原子钟。