Високосная секунда¶

Високосная секунда — это дополнительная секунда, периодически добавляемая к шкале всемирного координированного времени (UTC) для компенсации расхождения между атомным временем (TAI) и астрономическим временем, определяемым по вращению Земли (UT1). Введение високосной секунды позволяет синхронизировать гражданские часы, работающие на основе точных атомных эталонов, с фактическим положением Земли относительно Солнца и звёзд.

¶Причины появления

¶Расхождение шкал времени

Основой для измерения времени служат два независимых процесса:

• Атомное время (TAI) — равномерная шкала, основанная на колебаниях атомов цезия-133. Оно чрезвычайно стабильно: отклонение составляет менее одной секунды за несколько миллионов лет.
• Всемирное время (UT1) — шкала, определяемая по скорости вращения Земли вокруг своей оси. Это вращение не является идеально равномерным: оно постепенно замедляется из-за приливного трения, вызываемого гравитационным воздействием Луны, а также испытывает краткосрочные флуктуации из-за движений в ядре, мантии и атмосфере планеты.

С начала XX века средняя продолжительность солнечных суток увеличивается примерно на 1,7 миллисекунды за столетие. В результате атомное время «убегает» вперёд относительно астрономического. Чтобы разница не накапливалась до величин, заметных в повседневной жизни (например, чтобы полдень по часам не смещался относительно истинного солнечного полдня), было решено периодически корректировать шкалу UTC.

¶Механизм коррекции

Високосная секунда добавляется (реже — удаляется) к последней минуте суток 30 июня или 31 декабря по UTC. При добавлении минута длится 61 секунду: 23:59:59, 23:59:60, 00:00:00. В случае гипотетического удаления (ни разу не применялось на практике) минута длилась бы 59 секунд. Решение о введении секунды принимает Международная служба вращения Земли и систем отсчёта (IERS) на основе данных о фактической скорости вращения планеты.

¶История

¶Предпосылки

Необходимость синхронизации атомного и астрономического времени стала очевидной после внедрения атомных часов в 1950-х годах. К 1960-м годам расхождение достигло нескольких секунд. В 1972 году была введена система UTC, которая изначально предусматривала возможность добавления високосной секунды.

¶Первое применение

Первая високосная секунда была добавлена 30 июня 1972 года. С тех пор по состоянию на 2024 год было введено 27 високосных секунд. Все они были положительными (добавление). Последняя на данный момент високосная секунда была добавлена 31 декабря 2016 года.

¶Хронология ключевых событий

• 1972 год — начало использования UTC с високосными секундами.
• 1999 год — технический сбой в системе GPS, связанный с неправильной обработкой високосной секунды, привёл к кратковременному нарушению навигации у некоторых военных и гражданских пользователей.
• 2012 год — сбой в работе серверов Reddit, LinkedIn, Foursquare и других сайтов из-за ошибки в программном обеспечении при обработке секунды 30 июня.
• 2015 год — решение Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) рассмотреть возможность отмены високосной секунды к 2023 году.
• 2022 год — на 27-й Генеральной конференции CGPM принято решение отказаться от високосной секунды к 2035 году, заменив её более крупными корректировками (например, раз в столетие).

¶Технические проблемы и критика

¶Проблемы в информационных системах

Високосная секунда создаёт серьёзные трудности для компьютерных систем, работающих в реальном времени. Большинство операционных систем, баз данных и протоколов синхронизации времени (например, NTP) не рассчитаны на обработку 61-й секунды в минуте. Типичные проблемы:

• Сбои в логировании событий (временные метки становятся неоднозначными).
• Зависание или падение процессов, ожидающих, что каждая минута длится ровно 60 секунд.
• Ошибки в финансовых транзакциях, телекоммуникационных протоколах и системах управления воздушным движением.

Известные инциденты: в 2012 году из-за високосной секунды произошли массовые сбои в работе сайтов на платформе Linux (ядро версии 2.6.32), а также в работе некоторых моделей маршрутизаторов Cisco.

¶Аргументы за отмену

Критики, особенно представители IT-индустрии (Google, Amazon, Meta — организация признана экстремистской и запрещена в РФ), указывают, что:

• Високосная секунда нарушает непрерывность шкалы времени, что неприемлемо для высокоточных систем.
• Расхождение между атомным и астрономическим временем накапливается медленно (около 1 секунды за 1–2 года), и его можно компенсировать более редкими, но более крупными корректировками — например, «високосным часом» раз в несколько столетий.
• Большинство пользователей не замечают разницы в 1 секунду, а затраты на обеспечение корректной работы систем при каждом добавлении секунды значительны.

¶Аргументы за сохранение

Сторонники (астрономы, навигационные службы, некоторые национальные метрологические институты) настаивают, что:

• UTC должно оставаться привязанным к астрономическому времени, чтобы навигация по звёздам и наблюдения за небесными телами оставались точными.
• Отказ от високосной секунды приведёт к постепенному расхождению гражданского времени и солнечного времени, что может нарушить работу некоторых научных и технических систем.

¶Современное состояние и будущее

¶Текущий статус

По состоянию на 2025 год високосные секунды продолжают вводиться по решению IERS, но с 2017 года новых добавлений не было — скорость вращения Земли в последние годы несколько увеличилась, и расхождение не достигло порога, требующего коррекции. Однако в долгосрочной перспективе замедление вращения сохраняется.

¶Планы по отмене

В ноябре 2022 года на 27-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) было принято решение прекратить использование високосной секунды к 2035 году. Планируется, что после этой даты UTC будет синхронизироваться с UT1 не чаще одного раза в 100 лет, путём добавления сразу нескольких секунд (например, «високосной минуты»). Окончательное решение о механизме замены должно быть принято к 2026 году. До 2035 года високосные секунды будут вводиться по прежним правилам, но с возможностью более гибкого подхода (например, добавление в любой день года, а не только 30 июня и 31 декабря).

¶Альтернативные подходы

¶Метод «смазывания» (leap smear)

Компания Google разработала и применяет технику, при которой високосная секунда не добавляется одномоментно, а «размазывается» на несколько часов до и после момента коррекции. В течение этого периода серверы Google постепенно замедляют или ускоряют свои часы на доли миллисекунды, так что к концу периода расхождение компенсируется без резкого скачка. Этот метод не требует модификации большинства приложений, но не является стандартным и не решает проблему для всех систем.

¶Отказ от коррекции

Некоторые системы (например, спутниковая навигация GPS) используют собственную шкалу времени (GPS Time), которая не содержит високосных секунд и привязана к TAI с фиксированным сдвигом. Это упрощает расчёты, но требует отдельного преобразования для гражданских пользователей.

¶Интересные факты

• Високосная секунда — единственная «секунда» в календаре, которая может быть 60-й в минуте.
• За всю историю наблюдений (с 1972 года) ни разу не потребовалось удалять секунду, хотя теоретически такая возможность предусмотрена.
• В 2016 году, после добавления последней високосной секунды, разница между TAI и UTC составила 37 секунд (изначально, в 1972 году, она была 10 секунд).
• Вращение Земли не только замедляется, но и испытывает краткосрочные ускорения — например, после землетрясений или из-за изменений в атмосферной циркуляции. В 2020–2022 годах скорость вращения даже немного возросла, что отодвинуло необходимость в следующей високосной секунде.

¶Источники

• Международная служба вращения Земли и систем отсчёта (IERS), бюллетени по високосным секундам.
• Решение 27-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM, 2022) об отмене високосной секунды.
• Технические отчёты Национального института стандартов и технологий США (NIST) по шкалам времени.
• Материалы Международного союза электросвязи (ITU) по синхронизации времени.
• Публикации Google о методе leap smear.