近日，因地球自转速度变化，“5年后一分钟只有59秒”的说法引发关注。这种说法是怎么来的？地球自转跟人类计时有什么关系？
“一秒”的由来
一天24小时，每小时60分钟，每分钟60秒。时间对我们来说，似乎是恒定不变的。事实却并非如此。一分钟，有可能是61秒，也可能是59秒。
在讨论一分钟为何不一定是60秒之前，我们先来看时间单位“秒”是如何定义的。
1967年，科学家们决定将铯-133原子发出的辐射振动9192631770次所持续的时间定为1秒，称作国际单位制秒。
此前，“秒”有着其他定义。
1675年意大利科学家托·李维欧·布拉提尼出版的《世界测量》中首次出现秒的定义。他明确，一秒就是一个太阳日（以太阳为参考点所度量的地球自转的周期）的1/86400。但人们发现太阳日的时间长度是变化的，不足以作为时间单位的基准。因此在1960至1967年之间，秒又被定义为1960年地球自转一周时间的1/86400。
而后人们又发现，在大气压、风、洋流、潮汐效应以及地核运动等影响下，地球自转转速不均匀，人类还需要一个更精准的计时系统。
科学家发现，原子振荡频率有极高的稳定性。所以，1967年科学家们制定出国际单位制秒的概念。这一决定标志着原子时的正式确立，并为后续的时间计量系统的发展奠定了基础。
1955年英国NPL研制的铯原子钟。来源：国家授时中心微信公众号
正闰秒和负闰秒
我们的计时系统，除了上述提到的原子时，还有世界时和协调世界时。
原子时AT(Atomic Time)，是利用铯-133原子振荡频率确定的时间尺度。
世界时UT(Universal Time)，是基于地球自转运动、以太阳作为参照点来确定的时间尺度。
因地球自转速度不恒定，原子时与地球自转定义的世界时不太匹配，人类又创造了添加闰秒的协调世界时（UTC），也称世界标准时间。世界标准时间，是目前使用最广泛的时间系统。
协调世界时采用原子时的秒长，时刻上靠近世界时。来源：《天文爱好者》杂志
那么，什么是闰秒？它实际上是为适应地球自转的脚步而对国际原子时的人为增减。
1972年国际计量大会决定，当国际原子时与世界时的时刻相差达0.9秒时，协调世界时就增或减1秒，这个修正被称作“闰秒”。闰秒有正负之分。增加1秒为“正闰秒”，对应的1分钟有61秒；减少1秒为“负闰秒”，对应的1分钟只有59秒。
我国的标准时间“北京时间”也采用世界通行的协调世界时，是由中国科学院国家授时中心（NTSC）负责产生和发播的。我国采用首都北京所在的东八时区的区时，比协调世界时的零时区区时早8个小时，因此，北京时间=协调世界时UTC+8小时。
据介绍，闰秒一般是在协调世界时的12月31日或者6月30日的最后1秒实施。由于北京时间比国际标准时间早8小时，因此中国时钟通常在1月1日或7月1日早上8时实施闰秒。
北京时间的正闰秒和负闰秒。来源：国家授时中心微信公众号
地球越转越快了？
自1972年协调世界时正式使用至今，地球自转一直处于不断减慢的趋势，全球已实施了27次正闰秒调整，负闰秒从未被使用过。最近一次的闰秒调整，是格林尼治时间2016年12月31日。
然而在2020年，这一长期存在的趋势被逆转了。研究显示，从2020年年中开始，地球自转速率呈加快趋势，自转速度已达到过去50年来最快速度。2022年6月29日，地球比标准24小时少1.59毫秒完成了一次自转，这是自原子钟开始记录地球自转以来的最快时间。据报道，这一记录让地球出现了“有史以来最短的一天”，同时也再次表明地球近年来正在加速自转。
据相关研究，地球自转的不规则变化，可能来自于地幔与地核之间的角动量交换。来源：国家授时中心微信公众号
科学家们测算，按如此快的地球自转速率计算，地球最早可能在2026年就要面临首次增加“负闰秒”的调整。而后科学家们发现，由于全球气候变暖，南北极冰盖正在大规模融化，改变了地球的形状，将部分地球质量从两极转至赤道附近，减慢了自转速度。受此影响， “负闰秒”到来的时间也推迟，预估在2029年，某一个1分钟可能缩短为59秒。
闰秒对人类有何影响？
一秒钟，对于普通人来说，或许就是按下电梯按钮、打开水龙头，或眨一次眼睛的时间，但对于金融市场、天文计时、医疗系统等对时间精确度要求较高的行业来说，多了或者少了一秒钟，至关重要。
在电力部门，电网故障的诊断维修、电网与电网之间的并网，都需要使用精密时间，如果出了1秒钟误差，可能会造成巨大损失。
闰秒亦曾多次给网络平台造成故障。2012年闰秒调整，国外不少知名网站陷入了临时服务中断，如社交平台LinkedIn、社交网站Reddit等都报告了系统崩溃的情况，其中Reddit宕机时间超过1.5小时。2015年，闰秒再度来临时，工程师们修复了部分2012年出现的问题，但发现了新的问题。又如，每次闰秒调整，GNSS系统（全球导航卫星系统）需要更新时间数据，以保证授时精度。如果未能及时调整，可能导致导航电文的不准确。
最可怕的是航天领域。中国国家授时中心副主任窦忠介绍，“飞船1秒钟就要飞将近8公里的路程，要是差了1秒，误差可就大了；飞船轨道可能偏移，空间交会对接可能无法完成，更糟糕的是飞船的安全会受到巨大威胁。”
与传统的增加一秒的闰秒不同，史无前例的负闰秒将会给许多依赖精确时间同步的系统带来新的挑战和不确定性。计算机和网络系统、金融系统等往往已设计好如何处理增加的正闰秒，但对如何处理减少的负闰秒则可能缺乏足够的准备。科学家们正在呼吁各界共同努力，为负闰秒的实施做好充分准备，以确保全球技术系统的稳定和安全。
闰秒即将被废除
但这个或将在2029年首次出现的“负闰秒”，或许也是我们经历的最后一次“闰秒”。早在2022年，第27届国际计量大会决定，最迟不晚于2035年废除闰秒，改为闰分，即允许国际原子时与世界时的时刻相差在1分钟以内。并要求各方协商提出一个可以将“协调世界时”持续至少百年的新方案。
中国科学院国家授时中心研究员董绍武介绍，“闰秒是目前唯一把世界时、原子时联系起来的有效手段，如果没有闰秒，就意味着时间与地球自转、太阳位置不关联，甚至意味着将不能通过现有的国际标准时间体系获得世界时的信息。”董绍武表示，时间隶属天文学，时间频率属于天文学中的天体测量与天体力学，且时间从古到今是由天文台确定的，无法想象时间和天文学割裂会怎样。
有科学家做过测算，如果取消闰秒，那么大约50年后，我们使用的时间将与世界时相差约1分钟，300年后相差10分钟，900年后相差可达1小时。
从1958年至今，协调世界时和国际原子时差了37秒；1972年至今，共闰秒27次，均为正闰秒。来源：国家授时中心微信公众号
一些赞同取消闰秒的中国科学家也认为，一方面，闰秒的加入是非线性的，人们总希望时间是均匀流逝的，然而总有平年、闰年、大月、小月和闰秒这些不等长的因素造成时间刻度不均匀；另一方面，加入闰秒前后的时间可能无法同时，比如对于不能及时获得授时信号、短时间自主运行的设备，如潜艇、飞机、导弹等武器装备来讲，1秒的差异将会造成很大的影响。
也有相当一部分中国科学家反对取消闰秒。他们认为，如果没有闰秒，协调世界时将失去计时观天象的作用，后人也很难计算早期发生的天文现象与时间的关系，更重要的是统一时间的问题。卫星导航系统、电力系统、铁路系统、金融系统、网络系统、军用时间系统等，在系统内实现授时，可以实现系统内部的时间统一，不会有冲突，但取消闰秒、跨越多个系统来统一时间，就必须约定规则，达成共识。
出品：南方都市报、N视频
统筹：李湘莹 胡群芳
整合：许乐
设计：蔡沐晗
资料来源：国家授时中心微信公众号、《天文爱好者》杂志、科普中国、中国科学报、泉州市科技馆、现代快报等
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