來源:科研圈
近期地球自轉速度有加快的趨勢,自有記錄以來最短的 28 天都發生在 2020 年。如果這種趨勢持續下去,今年我們將見證史上過得最快的一年。
編譯 戚譯引
剛剛過去的 2020 年感覺格外漫長,而 2021 年的開端看起來也不怎麼樣。但一個好消息是:今年有望成為有記錄以來過得最快的一年,平均每天比過去少了 0.05 毫秒,全年累計減少 19 毫秒。
這一消息最初由全球性的時間和時區管理網站 Time and Date 報告。以地球自轉一天為一個天文日,自有記錄以來最快的 28 天都發生在 2020 年,而科學家預測 2021 年地球轉動速度還會進一步加快,讓我們見證有記錄以來過得最快的一年。
時間都去哪了?
說好的一天 24 小時,怎麼就變短了?為了回答這個問題,首先要解釋時間是如何測算的。我們日常生活中在手錶、手機、電視上看到的時間,都以協調世界時(Coordinated Universal Time,UTC)為標準。這背後又有兩套系統,分別是基於天文觀測得到的世界時(UT1),和基於原子鐘得到的國際原子時(TAI)。
地球自轉一圈所需的時間稱為天文時間,由國際地球自轉與參考系服務(IERS)進行測算。這種自轉的速度並非恆定,而是始終受到氣壓、風、洋流和地核運動等因素的影響,不斷發生輕微的改變。IERS 精確測定固定位置的恆星經過天空中一個定點的時間,測算結果稱為世界時。
與此同時,全世界 200 多臺高精度原子鐘測算的時間,匯總得到國際原子時。這一系統開始於 1958 年 1 月 1 日。原子鐘是人類現有最為精確的計時工具,通過測量原子的高頻振動進行計時,運行 1 億年的誤差不超過 1 秒。
以國際原子時為標準,納入世界時中通過天文觀測得到的偏差,就得到了協調世界時。而當原子時與世界時的監測數據累計相差達到 0.9 秒,UTC 就會在 6 月或 12 月底加上一個閏秒(leap second),使天文時間和原子鐘時間恢復一致。
2020 年發生了什麼?
20 世紀 60 年代末到 70 年代初,科學家開始使用衛星對地球自轉進行精確測量,並發現這段時間地球自轉速度總體上偏慢。根據美國國家標準與技術研究院(NIST)的數據,自 1972 年以來,科學家平均每一年半增加一次閏秒,一共添加了 27 秒。最近一次調整發生在 2016 年,當除夕夜來到 23 小時 59 分 59 秒時,UTC 額外添加了一個閏秒,然後才進入 2017 年。
理論上,一天的時間是 86400 秒。到 2020 年之前,有記錄的最短的一天是 2005 年 7 月 5 日,地球轉動時間比 86400 秒少了 1.0516 毫秒。而在 2020 年下半年,地球至少 28 次打破了這個記錄。2020 年最短的一天是 7 月 19 日,比標準時間少了 1.4602 毫秒。
根據預測,2021 年地球自轉速度還將加快。今年最短的一天將是 7 月 9 日,少了約 1.88 毫秒;最長的一天是 11 月 3 日,多了約 1.22 毫秒。平均而言,2021 年每天比 86400 秒減少 0.05 毫秒,全年累計減少 19 毫秒。對比過往記錄,當地球自轉速度較慢的時候,一年下來累計多出的時間通常有幾百毫秒。
負的閏秒會出現嗎?
如果這種趨勢持續下去,我們或許將見證一次負的閏秒,但現在還不能確定。「如果地球自轉速度進一步加快,很可能會需要負的閏秒,但現在討論這種情況是否可能發生,還為時過早。」英國國家物理實驗室(National Physics Laboratory)的物理學家 Peter Whibberley 接受《每日電訊報》(the Telegraph)採訪稱,「關於閏秒的未來,國際討論也在進行中。如果需要負的閏秒,這可能會推動取消閏秒的決策。」
要不要取消閏秒,在國際上已經爭論了二十年。手動加減一秒鐘對大眾日常生活的影響微乎其微,但是對於那些對時間精度有較高要求的行業,例如航天、通訊、金融,一秒鐘的誤差就足以造成嚴重的損失。讓全世界基於時間提供服務的機構同時增加或減少一個閏秒,也需要付出大量的人力物力。因此,許多專家呼籲取消閏秒,直接使用原子時。
2007 年,國際計量組織多數通過了取消閏秒的建議,會上中國國家質量監督檢驗檢疫總局代表中國支持取消閏秒。但是到 2015 年 11 月第三次表決時,世界無線電會議決議繼續沿用閏秒,2023 年再次討論。
按照班主任的算法,全世界 78 億人,每人少了 19 毫秒,那麼 2021 年就少了 1715 天。
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