科普丨细说“闰秒”原委

闰年大家都知道，大致四年一闰，具体办法就是在2月份加上一天，即2月29日，使得全年为366天。大家也常常听说闰秒，闰秒又是怎么回事呢？

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闰秒，是指为保持协调世界时接近于世界时时刻，由国际计量局统一规定在年底或年中（也可能在季末）对协调世界时增加或减少1秒的调整。由于地球自转的不均匀性和长期变慢性（主要由潮汐摩擦引起的），会使世界时（民用时）和原子时之间相差超过到±0.9秒时，就把协调世界时向前拨1秒（负闰秒，最后一分钟为59秒）或向后拨1秒（正闰秒，最后一分钟为61秒）； 闰秒一般加在公历年末或公历六月末。

目前，全球已经进行了27次闰秒，均为正闰秒。最近一次闰秒在北京时间2017年1月1日7时59分59秒（时钟显示07:59:60）出现。这也是本世纪的第五次闰秒。

事实上，有两种时间计量系统，一种是基于地球自转周期的“世界时”，另一种是基于原子振荡周期的“原子时”。前者因地球自转速率缓慢变化而不稳定，后者相对稳定不变。自1958年人类启动原子时以来，两种时间尺度以各自的速率向前奔跑，两者的偏差也在不断加大。1971年，国际计量大会通过决议，以一种协调的时间作为人类所使用的时间，这就是“协调世界时”，它是用原子时稳定的速率，而时刻上逼近世界时，当协调世界时与原子时的偏差超过0．9秒时，给予协调世界时一个整秒的调整，这就产生了闰秒。

从47年前原子时诞生至今，我们人类的脚步一直快过地球。一直是人类在‘等’地球，至今已累计34秒了，由于地球自转有长期减慢的趋势，所以通常情况下，每过一至两年，就需要‘闰秒’一次，且一直是增加1秒。

“闰秒”的规律基本上是“三年两闰”，但也不一定，比如，2006年元旦发生的“闰秒”与1999年时隔7年，这说明地球自转的速度在这7年比原先有所加快。受潮汐等自然因素的影响，地球自转不均匀，而自转速率的不稳定性，也决定了我们无法预测下一个１秒会在何时出现。闰秒是一个全球行动，国际地球自转服务组织根据监测，对全球发布公告，一般在格林尼治时间12月31日的最后１秒实施“闰秒”。由于北京时间比格林尼治时间提早8小时，因此中国时钟将通过以下方式同步“拨慢”：7时59分59秒——7时59分60秒——8时00分00秒。“通常情况下，时间是从7时59分59秒直接到8点整的。但在闰秒时，早晨7时59分59秒之后，显示器还将出现“60”。

授时中心会将“闰秒”信息通过授时系统发播出去，高精度时间需求部门通过专用定时接收机接收无线电信时号，就会自动进行“闰秒”。

虽然只是小小的1秒，但对人类的意义非同小可，如果“全球罢工”——国际上都不调整时间，按照以往的记录的偏差结果预测，大约5000年左右，人类使用的时间就会和自然时间有1个小时的误差，“那时，习惯了的烈日当头不再是正午12点，而是出现在下午1点。如果单个国家单独拒绝‘闰秒’，一些高精度的系统就无法和世界衔接，比如小到股票交易，大到卫星上天，都会出现一系列的“蝴蝶效应”。不要小看这“滴嗒”一秒。专家说，普通人并不在意自己的手表快一点或慢一点，但对航天、电子通信、全球定位系统等领域而言，几十亿分之一秒的误差也可能导致重大问题。所谓失之毫厘，谬以千里，“当卫星上天时，监测系统上1秒的误差将直接导致无法定位卫星位置。

对于航天、军事的影响：一秒钟飞船已飞过8公里

增加的这“一秒”，对于一些特殊行业来说，足以带来很大的影响。地球转了那么多年，误差日积月累，从量变到质变，如果不设法校准，那么所有的当日都有可能变成昨日。

专家表示，对于航空航天和军事、潜水、电力部门等科研单位，一秒钟的误差足以引起系列影响。

比如在航天领域，飞船1秒钟就要飞将近8公里的路程，要是差了这1秒，误差可就大了：飞船轨道可能偏移，飞船着陆地点可能差上十万八千里，更糟糕的是飞船的安全会受到巨大的威胁。再比如，网络通信上，协调世界时被用在很多互联网标准中，像网络时间协议就是其中的一种。如果出现1秒的误差，全世界那么多台电脑一下子都乱了套。

另外，电网故障的维修、电网与电网之间的并网，都需要使用精密时间，如果出了1秒钟的误差，甚至有可能是整张电网的停电甚至崩溃。

1秒钟其实也和人们的生活密切相关！在证券交易、银行转账等过程中完全不能忽视1秒的重要性。“例如，汇率变动的时间单位介于秒和毫秒之间，1秒之内，汇率可以跳动好几次；而在进行证券交易时，很多时候分秒必争，而争的往往就是短暂的1秒。

（2）

闰秒频率

自1985至2013的世界时与原子时之差(秒)，多少年会闰秒？要根据地球自转速度而定。

对闰秒不了解的朋友可能会问，这个闰秒是不是有固定的添加频率？比如说，从2008年到2012年相隔四年再次添加一秒，那么这个四年是不是闰秒的添加频率？对此，中国科学院南京紫金山天文台研究员王思潮解释，闰秒的添加频率是不固定的，有时一年添加两次闰秒，有时7年添加一次闰秒，而这一次添加闰秒的时间是4年，如此“漂浮不定”，这个频率到底如何计算？

地球的转速越来越慢，相比几亿年之前，慢了很多。据估算，每过35000年左右，地球上一天的长度就会增长1秒钟。同时地球绕太阳公转的轨道并不是均匀的圆形，而是椭圆形。

大家都知道，椭圆形的轨道有两个焦点，而太阳只处于其中一个，根据开普勒定律，相等的时间内扫过相等的面积，地球在相等的时间里走过的轨道的长度其实是不一样的，这造成地球离太阳的距离总是变化的，而地球离太阳的远近，会影响两者之间的力量对比，从而影响地球自转的速度。其次，地球本身不是一个正球体，而是一个近似梨形的扁球体，内里的物质不均匀，造成其转动过程中的不规律性。第三，地球的地轴与太阳之间有个角度，是“歪着脖子”转动，因为这个夹角，太阳会产生一种想要纠正它的拉力，想使其垂直转动，但实际上并不可能，地球会产生一种反拉力，使得地球在自转过程中像陀螺一样转动，在每年都会产生岁差，虽然看似可以忽略，但是每两万六千年，这个误差就有一圈。

专家表示，因为潮汐作用的影响，地球的转速正越来越慢，为了调整我们的计时时间和“地球时间”的差异，会有增添闰秒的现象，从1972年开始，每一次，都是增加闰秒，没有减少闰秒，因为减少一秒，就是得让地球转动变快需要巨大的能量，我们地球上发生的地震、海啸都不足以产生“秒”一级的能量。

本文参考：

中国科学院国家授时中心、百度百科

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