闰秒是什么?为什么它将停止插入
要看闰秒是什么,可以从官方时钟偶尔显示、而手机解析器可能拒绝的一个时间开始:23:59:60。
闰秒是对协调世界时(UTC)进行的一秒调整,用来让原子民用时间接近 UT1,也就是与地球自转相连的时间尺度。原子钟以极高的一致性重复一个有定义的秒,地球自转却并不完全均匀。当两者差值预计接近约定的0.9秒上限时,计时机构就会插入一秒。从1972年至2016年共加入二十七个正闰秒,从未出现过负闰秒。
这项调整使民用正午仍大致跟随地球自转,却也把一种许多软件系统从未准备处理的时间戳交给了程序。
闰秒是什么?它在平衡什么?
现代 SI 秒并不是按地球今天完成的某次自转的1/86,400来定义。国际计量局把铯-133跃迁频率固定为恰好9,192,631,770赫兹,由此定义秒。原子钟实现这个稳定单位,世界各地许多时钟共同参与形成国际原子时 TAI。
UT1 回答另一个问题:地球实测的自转角度是多少?天文学家根据对转动地球的观测推导它。并不是 UT1 的“秒”作为民用单位不断改变大小;UT1 是一种以自转为基础、相对于原子时快慢会游移的时间尺度。
UTC 把两类需要结合起来。它按原子速率运行,与 TAI 相差整数秒。在现行程序下,国际地球自转和参考系服务监测 UT1−UTC。当这个差值预计接近0.9秒时,该机构可以宣布在六月或十二月底加入闰秒。
自一月1日(2017年)起,TAI 比 UTC 快37秒。现行体系于1972年开始时,两者关系中已经包含十秒,此后27个正闰秒把偏移增大到现在的数值。一天为何有24小时的历史解释更早的单位;闰秒则是这些单位的原子实现与不断变化的地球之间的一项现代协调。
长期减速中可以出现短期加速
月球潮汐摩擦转移角动量,长期而言倾向于拉长地球日。这个大趋势并不表示每一个新日都比前一日更长。大气、海洋、地下水、冰、地震和地球内部运动会在较短时期内交换或重新分配角动量。日长会在86,400个 SI 秒附近上下变化若干毫秒。
近年的观测出现了一些时段,地球相对于原子时转得略快。正闰秒会重复一个额外标签:
23:59:59 → 23:59:60 → 00:00:00
如果自转向另一方向偏移得足够远,负闰秒会省略一个标签:
23:59:58 → 00:00:00
这种减法从未使用。2024年一项发表于 Nature 的研究,对涉及地核与极地融冰的变化建立模型,并预测如果现行 UTC 规则继续,可能在2029年前后需要一次负向跳变。这是模型结果,不是已经排定的日期。地球自转无法提前多年精确预报,国际规则也正在改变。
截至2026年八月可查到的最新 IERS Bulletin C 表示,2026年十二月底不会出现闰秒。上一次插入仍是十二月31日(2016年)。因此,“地球正在转得更快”描述的是短期比较,而不是推翻所有长期物理趋势。
一个不寻常的时间戳足以打破普通假设
大多数人几乎不会察觉多出的一秒,软件却会察觉一切,尤其当作者假定每分钟恰有60个带标签的秒,而且时间总是平滑递增时。
解析器可能把 `23:59:60` 当成无效值拒绝。时钟重复或跳变时,调度器可能运行两次,或一次也不运行。若以错误顺序相减两个时间戳,可能产生后续代码从未预期的负时长。2016年的闰秒期间,Cloudflare 追查出一次 DNS 故障:代码允许这样的负值进入一个要求非负值的函数。
因此,大型运营商并不都以同一种方式实现这个事件。有的在边界直接跳变时钟,有的重复时间戳,还有的采用闰秒平滑,在数小时内略微改变时钟速率。Google Cloud 记录的是24小时平滑,即闰秒前后各十二小时;Meta 则介绍过另一种窗口和曲线。
平滑处理避免了一个突兀时间戳,但不兼容的平滑方法意味着两个系统会在窗口期间意见不一。2022年的国际决议特别指出,不协调的方法会威胁导航、电信和能源基础设施的可靠同步。闰秒本身只有一秒,如何表示它的分歧才是更大的工程问题。
为什么闰秒将停止插入
2022年,国际计量大会决定提高 |UT1−UTC| 的允许值,实施时间不迟于2035年。更大的容差可让 UTC 至少一个世纪不再频繁执行一秒跳变。2023年世界无线电通信大会支持了这一方向。
这常被概括为“到2035年取消闰秒”,但决议原文的措辞很重要。2022年的决定没有删除过去的闰秒,没有重新定义 SI 秒,也没有立即切断民用时间与地球的联系。它指示相关机构选择更大的最大差值与实施方案。需要精确地球自转数据的天文学家和导航人员仍可使用 UT1 与公布的偏移量,而不必把 UTC 当成地球自转角度。
截至2026年八月,为第28届国际计量大会准备的一份决议草案提议,从五月20日(2027年)起采用连续 UTC,并把最大差值设为一小时。这仍是等待大会决定的提案,不是最终规则。可以确定且已经通过的方向是:最迟在2035年以前,允许 UTC 与 UT1 进一步分离,从而终止反复出现的一秒跳变。
取舍很清楚。民用系统得到连续的时间尺度;太阳时与 UTC 则会慢慢超出旧有0.9秒约束,遥远未来的一代人还要决定怎样处理累积得更大的差值。计时机构以频繁而微小的中断,换取一个更少发生但规模更大的政策问题。
精确仍取决于说清时间尺度
取消未来闰秒,不会让“时间”变成一个普世通用数字。TAI、UTC、UT1、GPS 时间与地球时分别回答不同的操作问题。科学时间戳仍须注明尺度,软件仍须处理历史上37秒的 UTC–TAI 偏移和更早的全部变化。
闰日解决的是完全不同的不匹配。因为一年并不恰好是365天,闰日让日历年保持接近季节。闰秒处理的则是一个地球日相对于原子秒的可变自转。停止插秒并不会改变格里高利闰年规则、二月29日或日历月份的长度。
更广泛的教训令人谦卑:人类造出的最精密时钟,仍需要一项政策来适应一颗不按同一速率运转的行星。测量可以精确,协调必须协商。
常见问题
闰秒是什么,为什么要添加它?
闰秒是对 UTC 的一秒调整,使原子民用时间与基于地球实测自转的 UT1 保持在约定容差内。地球自转会变化,所以两者会漂移。按现行规则,当 UT1−UTC 预计接近0.9秒时,IERS 可以宣布插入闰秒。
为什么近来地球自转略微加快?
大气、海洋、冰、水体和地球内部交换角动量时,地球自转会改变。近期与地核有关的变化及其他因素,产生了短于86,400秒的日子,尽管月球潮汐长期会减慢自转。2024年一项研究预测,若维持现行规则,2029年前后可能需要负闰秒;但地球自转和未来规则都仍不确定。
世界为什么投票决定停止插入闰秒?
闰秒制造了数字基础设施以不同方式处理的不连续。系统可能跳变、重复,或在不同窗口中平滑这一秒,从而引起故障或分歧。2022年,国际计量大会决定扩大 UTC–UT1 容差,实施时间不迟于2035年,使连续 UTC 至少可以维持一个世纪。截至2026年八月,实施细节仍在最终确定中。
加入闰秒时究竟会破坏什么?
解析器可能拒绝 `23:59:60`,调度器可能重复或漏掉任务,时钟重复或跳变时,代码还可能算出负间隔。Cloudflare 记录了2016年插秒时因意外负值引起的 DNS 故障。平滑减少了突然跳变,但不同提供商采用不同方法时,又会产生协调问题。
资料来源:
- BIPM,SI手册中的秒定义
- BIPM,2022年第4号决议:连续UTC
- BIPM,第28届国际计量大会决议草案
- IERS Bulletin C 72
- NIST,闰秒与UT1−UTC信息
- NIST,日长变化
- Nature,负闰秒预测
- Cloudflare,2016年闰秒DNS事件
- Google,24小时闰秒平滑
- Meta,闰秒平滑实现
Day 4 计算的是日,不是秒。任何闰秒决定都不会改变应用显示或计算的内容。