Секунда координации¶

Секунда координации — это периодически вводимая поправка к шкале всемирного координированного времени (UTC), равная одной секунде, которая добавляется или вычитается для синхронизации атомного времени с астрономическим временем, определяемым вращением Земли. Необходимость в секунде координации возникает из-за неравномерности вращения Земли, которое постепенно замедляется под действием приливных сил Луны и Солнца, а также испытывает другие флуктуации.

¶История

До середины XX века время определялось исключительно астрономическими методами, основанными на вращении Земли (UT1). С появлением в 1955 году первых атомных часов, точность измерения времени возросла в тысячи раз, и стало очевидно, что астрономическое время отстаёт от равномерного атомного. В 1967 году Международная система единиц (СИ) переопределила секунду как 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. С этого момента атомное время (TAI) стало абсолютно равномерным.

В 1972 году была введена шкала всемирного координированного времени (UTC), которая стала компромиссом между атомным временем и астрономическим. Было решено, что разница между UTC и UT1 не должна превышать 0,9 секунды. Для этого в UTC периодически вводится поправка — секунда координации (или високосная секунда). Решение о её добавлении или удалении принимает Международная служба вращения Земли и систем отсчёта (IERS) на основе наблюдений за вращением планеты.

¶Механизм введения

Секунда координации вводится в конце суток 30 июня или 31 декабря по шкале UTC. В случае добавления секунды последняя минута дня содержит 61 секунду (23:59:60). В случае вычитания (что на практике не применялось) минута содержала бы 59 секунд. Процесс введения контролируется IERS, которая публикует уведомление за несколько месяцев до планируемой корректировки.

¶Хронология введений

Первая секунда координации была добавлена 30 июня 1972 года. С тех пор поправки вводились нерегулярно, в среднем один раз в 1-2 года. По состоянию на 2024 год было добавлено 27 секунд координации. Последняя на данный момент секунда координации была добавлена 31 декабря 2016 года. После этого темп замедления вращения Земли снизился, и необходимость в новых поправках временно отпала.

¶Причины неравномерности вращения Земли

Вращение Земли не является строго равномерным по нескольким причинам:

• Приливное торможение: Гравитационное воздействие Луны и, в меньшей степени, Солнца вызывает приливы в океанах и твёрдой земной коре, которые замедляют вращение планеты. Это приводит к постепенному увеличению продолжительности суток примерно на 1,7 миллисекунды за столетие.
• Внутренние процессы: Перемещение масс внутри Земли (движение жидкого ядра, тектоника плит) может вызывать как ускорение, так и замедление вращения.
• Сейсмические события: Крупные землетрясения могут незначительно изменять момент инерции Земли и, следовательно, скорость её вращения.
• Климатические факторы: Таяние ледников, перераспределение атмосферных масс и океанических течений также влияют на угловую скорость планеты.

¶Критика и альтернативы

Система секунд координации имеет ряд недостатков, которые вызывают критику, особенно со стороны технических сообществ.

¶Проблемы

• Сложность для компьютерных систем: Нестандартная минута в 61 секунду создаёт проблемы для программного обеспечения, работающего с точным временем. Ошибки в обработке високосных секунд приводили к сбоям в работе крупных интернет-сервисов (например, сбои в работе Reddit, LinkedIn и некоторых систем на базе Linux в 2012 году).
• Непредсказуемость: Решение о введении секунды принимается за несколько месяцев, что усложняет долгосрочное планирование в телекоммуникациях, навигации и финансовых операциях.
• Необходимость ручного вмешательства: В отличие от високосных дней, которые следуют строгому математическому правилу, секунда координации требует наблюдений и решений IERS.

¶Предложения по отмене

Начиная с 2010-х годов активно обсуждается отмена секунды координации. Основные предложения:

• Отказ от коррекции: Полное прекращение введения секунд координации, что приведёт к постепенному расхождению UTC и астрономического времени. К 2100 году разница составит около 2 минут, к 2700 году — около часа.
• Введение «скачка» раз в несколько десятилетий: Вместо частых мелких поправок предлагается вводить более крупную коррекцию (например, минуту) раз в 50-100 лет.
• Использование шкалы TAI: Переход на атомное время TAI для всех технических и гражданских нужд, оставив астрономическое время только для специальных задач.

В ноябре 2022 года на Всемирной конференции радиосвязи (WRC-23) было принято предварительное решение об отмене секунды координации к 2035 году. Окончательное решение ожидается в 2026 году. В качестве альтернативы рассматривается введение «скачка» (leap minute) — коррекции на 60 секунд, которая будет проводиться раз в несколько десятилетий.

¶Влияние на технологии

Секунда координации оказывает значительное влияние на работу систем, требующих высокой точности синхронизации:

• Спутниковая навигация (GPS, ГЛОНАСС): Системы спутниковой навигации используют собственные шкалы времени, которые синхронизированы с UTC, но не содержат секунд координации. Приёмники автоматически учитывают разницу.
• Финансовые системы: Высокочастотная торговля требует синхронизации времени с точностью до микросекунд. Введение секунды может вызвать рассинхронизацию и сбои.
• Телекоммуникации: Сети связи (4G/5G) используют точное время для синхронизации передачи данных. Некорректная обработка секунды координации может привести к потере пакетов или разрыву соединений.
• Интернет-протоколы: Протокол NTP (Network Time Protocol) корректно обрабатывает секунду координации, но не все реализации делают это без ошибок.

¶Интересные факты

• За всю историю наблюдений ни разу не было вычтено ни одной секунды координации — все 27 поправок были положительными.
• Самая длинная минута в истории длилась 61 секунду — 31 декабря 2016 года в 23:59:60 UTC.
• В 2020 году скорость вращения Земли неожиданно возросла, и учёные зафиксировали самые короткие сутки за всю историю наблюдений. Это привело к дискуссиям о возможном первом введении отрицательной секунды координации, но этого не произошло.
• Атомные часы, используемые для определения TAI, настолько точны, что их погрешность составляет менее одной секунды за 300 миллионов лет.

¶Источники

• Международная служба вращения Земли и систем отсчёта (IERS) — бюллетени о введении секунд координации.
• Международное бюро мер и весов (BIPM) — определение секунды СИ и шкалы TAI.
• Доклады Всемирной конференции радиосвязи (WRC) 2023 года.
• Научные публикации в журналах Nature и Science о замедлении вращения Земли.
• Технические документы Internet Engineering Task Force (IETF) по протоколу NTP.