□徐學林劉旭紅史玉成
7月1日早晨，細心的朋友會發現，自己的電腦將出現7∶59∶60的特殊現象。今年1月5日，國際地球自轉局發布公告稱，全世界將在2015年6月30日實施一次正閏秒。地處東八區的中國（北京）時間將在7月1日早8時增加1秒，屆時全國的鐘表將統一調慢一秒鐘。
那麼，什麼是閏秒？為什麼會產生閏秒？閏秒會對我們的生活產生影響嗎？中國質量報記者近日就這些公眾關注的問題，專訪了中國計量科學研究院（以下簡稱中國計量院）時間頻率所守時室主任張愛敏。
為什麼會出現閏秒
時間是人類最早認知的自然現象之一。基於地球自轉的時標稱為「平太陽時」，屬於天文時。天文時藉助天文觀測得到地球自轉的平均周期（日長），然後將其等分為86400份（即一天24小時，一小時60分，一分60秒），得到秒長。
但由於地球自轉、公轉運動的速率並不穩定，時快時慢。20世紀中葉，隨著量子物理理論的誕生和發展，科學家發現，某些量子現象的時間穩定性遠遠優於天文現象，於是出現了利用量子現象測量時間的建議，即原子時或原子秒。1967年，國際計量大會決定用原子秒取代天文秒。
國際原子時是基於銫原子振蕩周期確定的，因此相對恆定不變，天文時則取決於地球自轉的速率，會因為地球自轉速度的變化而變化。隨著時間的推移，科學家發現兩者逐漸出現了偏差，且漸行漸遠。
那又該怎麼辦呢？於是有了一個「折中」的時間——協調世界時誕生了。1971年國際計量大會通過決議，設立協調世界時（UTC）作為全世界通用的標準時間。
「協調世界時是一種原子時和天文時的『折中』時標。」據張愛敏介紹，設在法國巴黎的國際地球自轉局（IERS）通過原子時與天文時的監測數據，當兩者之差達到0.9秒時，就向全世界發布公告，會在下一個6月或12月最後一天的最後一分鐘，對協調世界時撥快或撥慢1秒，這就是「閏秒」。
由於北京處於東八時區，因此今年中國將在7月1日7∶59∶59後面增加1秒，於是就有了7∶59∶60的特殊現象。而英國是零時區，將在6月30日最後1秒實施閏秒。
張愛敏表示，自1972年協調世界時正式使用至今，全球已經進行了25次正閏秒調整，也就是說協調世界時一共增加了25秒。上一次閏秒在2012年，今年6月30日將是第26次閏秒，而且還是正閏秒。
閏秒在今後或將取消
儘管閏秒是按照國際地球自轉局公告的全世界統一行動，但近年來，關於閏秒是否有存在的價值、是否要取消閏秒的爭議一直備受關注。
在人們的日常生活中，如果我們使用的時間和日出日落相差幾分鐘、甚至2小時（如烏魯木齊時間），幾乎不會帶來顯著不便。因此對於人們的普通生活來說，閏秒並不會帶來影響。但張愛敏告訴中國質量報記者，對於軍事、航天等高精尖領域來說，閏秒卻非常重要。「閏秒在眾多領域，特別是新近發展的許多現代科學技術中反而顯示了負面作用。比如說，全球衛星導航系統的時標如果引入閏秒，勢必中斷定位、導航、授時的連續性。再比如，飛船1秒鐘可飛行將近8公裡，如果無規律地差了1秒，可能造成飛船偏離原定軌道，威脅其安全。」
為此，國際上涉及時間頻率的兩個政府間國際組織：國際計量大會（CGPM）和國際電信聯盟（ITU）在各自框架下分別研究取消閏秒的可行性。2007年國際計量組織多數通過了取消閏秒的建議，質檢總局代表中國支持取消閏秒。國際電信聯盟將在2015年下半年就取消閏秒進行表決，代表我國表決的工信部已經就取消閏秒取得共識，將投票支持取消閏秒。
如果取消閏秒，在原子時和天文時之間「折中」的協調世界時（UTC）將回歸原子時，與以GPS、北鬥為代表的原本就不閏秒的高準確時間頻率應用相一致，促成全世界使用一個統一的時標體系。張愛敏告訴中國質量報記者，如果這次就取消閏秒取得共識，可能會有一個5年的緩衝期。
期待中國光鐘的表現
協調世界時是由國際計量局（BIPM）主導世界各國原子時合作的產物，那麼它是如何產生的呢？張愛敏分3個步驟對此進行了介紹。
首先是分布在世界各地的72家守時實驗室的近500臺原子鐘，將各自利用商品守時鐘組成的鐘組，一年365天不間斷地「守時」，產生各自的實驗室原子時。所有實驗室原子時數據通過國際比對系統（包括全球衛星導航系統及衛星雙向系統）及內部測量系統進行比對和測量，並將比對數據報送國際計量局，經加權平均得到自由原子時（EAL）。其次，利用包括中國計量院在內的8個國家計量院所保存「世界最準」的銫原子噴泉基準鍾進行校準，產生國際原子時（TAI）。最後根據國際地球自轉服務組織（IERS）閏秒信息進行閏秒即得到協調世界時。
據了解，我國現有4個守時實驗室，即位於北京的中國計量院（NIM）國家時間頻率計量中心、北京衛星導航中心、北京無線電計量測試研究所（BIRM），以及位於陝西臨潼的中科院國家授時中心（NTSC）。其中，中國計量院（NIM）國家時間頻率中心、中科院國家授時中心和北京無線電計量測試研究所都參加國際原子時合作，產生各自的地方協調時UTC（k），為國際原子時貢獻數據。
就像用尺子丈量長度，用秒長測量時間。原子秒長穩定度可以比天文秒要好上數億倍。中國計量院建立與保持的雷射冷卻銫原子噴泉鍾NIM5與原子時標UTC（NIM）是我國的時間頻率基準，是我國時間頻率計量體系的源頭。其不但為協調世界時貢獻數據，擁有話語權，而且在2014年，NIM5銫噴泉鍾通過了國際頻率基準工作組的審查，與法、德、美、英、俄、意一起，正式參與校準國際原子時。中國從此在國際原子時合作中具備了表決權。
更準確地測量時間頻率，是時間頻率研究的永恆主題，也是世界各國國家計量院和計量科學家永恆的追求。現行的秒定義在微波頻段，光學頻率比微波高10000倍，工作在光學頻率的光鍾比微波銫噴泉鐘有更好的穩定度和準確度潛力。目前，國際主要發達國家正在研製各種基於不同原理的光鍾，準備在2019年討論修改秒定。張愛敏透露，中國計量院從2005年開始研製鍶原子光晶格鍾，以應對2019年國際關於修改秒定義的討論。這臺鍶原子光晶格鍾今年會獲得第一組實驗數據，預計2017年完成研製，屆時準確度會達到6000萬年不差一秒。
在即將於9月召開的國際時間頻率諮詢委員會上，我國將展示光鍾研究的進展。未來，在國際修改秒長定義中，中國一定會作出更大的貢獻。