中國計量院專家解惑閏秒 「多」出的1秒或被取消

2021-01-18 人民網

圖為中國計量科學院首席研究員李天初院士在守時實驗室（新華網發）

2015年1月5日國際地球自轉局(IERS)發布公告, 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，屆時全國的鐘表將調慢一秒鐘。

閏秒的由來：兩種時間計量系統存差異

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屬於天文時。20世紀中葉, 科學家提出利用量子現象測量時間，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。

由於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，而天文時則取決於地球自轉的速率，會因地球自轉速度的變化而變化。隨著時間推移，科學家發現兩者逐漸出現了偏差, 且漸行漸遠。

為了解決兩者的不一致，「協調世界時」應運而生。1971年國際電信聯盟通過決議，設立協調世界時（UTC）作為全世界通用的標準時間。

中國計量科學院首席研究員李天初院士介紹說，協調世界時是一種原子時和天文時的「折中」時標，可以視為一種「妥協」的結果。

據了解，設在法國巴黎的國際地球自轉服務組織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」。

北京處於東八時區，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。

據李天初院士介紹，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，協調世界時一共增加了35秒。上一次閏秒發生在2012年，今年6月30日即將進行的是第26次閏秒，而且還是正閏秒。

閏秒負面影響漸顯 取消成科學界共識

儘管閏秒是按照國際地球自轉局公告的全世界統一行動，但近些年來，關於閏秒是否有存在的價值，能否取消閏秒的爭議一直備受關注。

李天初院士指出，地球的自轉速率快或慢無法預測，過去幾十年來，地球的轉速是呈現變慢的趨勢，但是未來怎樣仍不確定，這致使閏秒沒有規律可循, 不能自動實施, 只能依靠人工幹預。

一個現實問題是，閏秒不但耗費人力物力, 而且存在誤操作的風險。在眾多領域，特別是新近發展的許多現代科學技術中，閏秒反而顯示了負面作用。比如，飛船1秒鐘要飛行將近8公裡, 如果無規律的差了1秒, 可能造成飛船偏離原定軌道, 安全受到威脅。

「閏秒的負面作用被忽視了。」李天初院士表示，目前沒有實例證實取消閏秒會帶來有害影響，而且物理學家和天文學家都普遍認為閏秒並無價值，科學界普遍認同取消閏秒。

實際上，對普通人而言，使用的時間和日出日落相差幾分鐘、甚至幾個小時幾乎不會帶來顯著不便，比如烏魯木齊的日落時間要比內地晚2個小時。而且以GPS、北鬥為代表的高準確時間頻率應用也不需要閏秒。

涉及時間頻率的兩個國際組織：國際計量局（BIPM）和國際電信聯盟(ITU)也分別研究了取消閏秒的可行性。2007年國際計量組織多數通過了取消閏秒的建議，國家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,代表中國的工信部已經就取消閏秒取得共識，將投票支持取消閏秒。

儘管中國堅定的傾向取消閏秒，但仍有個別國家對取消閏秒持保留態度。但在李天初院士看來，取消閏秒是大勢所趨，可以預見，無論國際電信聯盟今年下半年的會議能否通過取消決議，世界各國終將達成共識，閏秒也終將成為歷史。

時間將越來越準 中國原子鐘勇立世界潮頭

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，它產生的其中一個重要步驟，就是利用包括中國計量院在內的8個國家計量院所保存的「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)。

中國的國家秒長基準裝置是中國計量科學研究院研製的NIM5銫噴泉鍾，它與原子時標UTC(NIM)共同作為我國的時間頻率基準，是我國時間頻率計量體系的源頭，其基本作用就是保持時間的連續運行，產生和保持高度準確和穩定的國家統一使用的標準時間——北京時間。

可以說，中國計量院的NIM5銫原子噴泉國家秒長基準和國家時標基準，不但為協調時世界時貢獻數據，擁有話語權, 而且通過參與對其校準而具有了表決權！

據了解，正在研製的NIM6預計2017年完成，屆時準確度會達到6000萬年不差一秒。

更準確地測量時間頻率，是時間頻率研究的永恆主題。據悉，現行的秒定義在微波頻段，而光學頻率比微波高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。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。

據李天初院士透露，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。這臺鍶光晶格鍾今年會獲得第一組實驗數據，在今年9月召開的國際時間頻率諮詢委員會上將展示中國計量院光鍾研究的進展。未來，國際修改秒長定義，中國一定會做出應有的貢獻。（凌紀偉）

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