永别了，闰秒！

正文共3309字，预计阅读时间约为11分钟

可点击右上角小圆点“听全文”~

10月15日，第28届国际计量大会在法国凡尔赛通过一项重要决议：从2027年5月20日起，全球计时系统将不再使用沿用半个多世纪的闰秒调整机制。

国际计量大会

相信大家对闰年、闰月都比较熟悉：公历每逢闰年，2月就会多出一天，变成29天；农历遇到闰月，一年则会多出一个月。那么，闰秒又是怎么来的？为什么又决定取消了？要把这件事说清楚，就得从“1秒”的定义讲起。

一秒是如何制定的？

自古以来，人们就习惯根据太阳在天空中的位置来判断时间。太阳每天东升西落，我们便将太阳两次经过同一条经线的平均时间作为一天，再把一天划分成24小时、1440分钟、86400秒。根据地球自转确定的一种时间标准叫作世界时（UT1）。

地球的自转运动，使得地表不同区域周期性地朝向或背对太阳，从而形成了昼夜交替现象。

然而，受到潮汐摩擦、大气和海洋运动、地核耦合等因素影响，地球自转一圈的时间并不是固定的，这意味着基于地球自转的世界时（UT）无法提供均匀的时间间隔，给高精度工程应用（如卫星导航、深空探测等）带来了挑战。

后来科学家发现，原子内部某些特定的能级跃迁，可以产生频率极其稳定的电磁波。国际单位制据此重新定义了1秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期所持续的时间，就是1秒。原子基态的跃迁频率远比地球自转要更稳定，给了人类一把极其均匀的时间标尺。

铯原子喷泉钟 NTSC-CsF2（图片来源：中国科学院国家授时中心）

因此，现代时间体系有两套计量系统：基于地球自转的世界时（UT1）和基于原子振荡周期的国际原子时（TAI）。国际原子时由全球原子钟共同参与建立，追求均匀、稳定；世界时由地球真实自转决定，告诉我们地球此刻究竟转到了哪里，太阳在天空中哪个位置。

闰秒是什么？

人类的生活作息本质上是与太阳时（即地球自转）同步的——我们习惯在日出后活动、日落后休息。虽然原子时极其精确，但它与基于地球自转的世界时之间存在微小偏差，且这一偏差会逐年累积。如果只采用原子时计时，那么几千年后，原子钟显示的正午可能会比真正的太阳正午晚一个多小时，与人类基于太阳的作息脱节。

因此，当前全球通用的时间体系是协调世界时（UTC）：既采用原子钟提供的均匀秒长，又尽量与地球自转保持同步。当协调世界时与世界时的偏差（|UT1−UTC|）即将达到0.9秒时，国际机构就会通过增加或减少一秒的方式进行调整。这一秒，就是闰秒。

最近一次闰秒发生在北京时间2017年1月1日7点59分59秒。当时，时钟先来到7点59分60秒，再过一秒才是8点整。这种属于“正闰秒”（某一分钟变成61秒），反之就是“负闰秒”（某一分钟变成59秒）。

在人类历史上，总共实施过27次闰秒。有趣的是，这些闰秒全都是正闰秒，还从未出现过负闰秒。背后的原因在于，在日月潮汐摩擦等作用下，地球自转的角速度长期来看是逐渐减慢的，地球转过一圈花的时间变长了。以原子时标准衡量，一天的长度（LOD）每世纪会增加约2.3毫秒。

这也就意味着，原子钟走完86400秒后，地球还没有转完一圈，世界时相对于原子时逐渐“落后”了。为了弥补这种累积的偏差，协调世界时就需要在某一分钟增加1秒，以适应地球自转的变化。

2016年出现的正闰秒

地球越转越快，负闰秒要来了？

不过，地球的自转并非一直在减慢。近几十年的地球自转连续观测显示，当前地球自转速度整体处在一个相对偏快的阶段。近期的地球自转模型预测，在2035年前出现负闰秒的概率约为10%至30%。这一现象难以仅由潮汐、地表水、冰盖质量迁移或地球扁率变化解释。

与正闰秒不同，负闰秒在历史上从未实施过。全球范围内的商业设备、关键基础设施（如电信、能源、金融、交通）的软件和硬件普遍缺乏应对负闰秒的测试和准备，贸然引入负闰秒极有可能导致依赖精确时间同步的系统发生故障或混乱。

如果地球继续转快，人类是否会首次遭遇“负闰秒”事件，也就是在协调世界时中减去一秒？这促使科学家关注地球深部，尤其是液态外核与地幔之间的角动量交换。“角动量”可以粗略理解成物体旋转时带有的“转动量”。地球的液态外核和上方地幔之间，也在互相交换这种转动量，从而影响各自的转速。电磁作用、核幔边界地形作用和引力耦合等，都可能参与其中。

在地表以下约2900公里处，地幔之下是液态外核。人类无法直接测量那里的流速，但外核运动会在地磁场长期变化中留下痕迹。在一定物理假设下，可以利用地磁观测反演核幔边界附近的大尺度流动，再估算液态外核角动量怎样变化。这样就有了两条相对独立的观测线索：大地测量告诉我们固体地球怎么转，地磁观测则让研究人员间接看到液态外核怎样运动。

地球自转变化的多层来源示意。地球自转变化既可能受到表层水、冰、大气和海洋等因素影响，也可能与地球深部的地幔、液态外核和固态内核之间的相互作用有关。地球外侧箭头表示整体自转快慢的变化。图中箭头仅为概念示意，不代表真实流动方向或定量大小。

我们在最近的研究中，扣除可建模的潮汐影响和长期背景，并在资料覆盖的时期扣除大气、海洋和陆地水的贡献，再把剩余的日长变化与由地磁资料推断的地核相关变化放在一起比较，发现二者都表现出接近70年的缓慢起伏。这一对应关系支持地核参与几十年尺度自转变化的解释（论文链接见文末阅读原文）。这意味着，近些年地球自转的短期加速可能只是一个几十年周期起伏的一小部分，未来继续加速下去是不现实的。

网上还有一种说法：“怪不得感觉时间不够用了，原来是地球自转变快了。”按前面的例子，即使每天的日长都比86400秒短1毫秒，持续一整年，累积差值也不到半秒，远不足以让人感到一天明显变短。况且日常计时所用的秒长由原子时间标准确定，不会随着地球自转加快而缩短。这种细微变化需要精密观测才能测出，用它来解释生活中“时间越来越不够用”的感受，没有科学依据。

从不到一秒，放宽到一小时

现有的闰秒机制（容差±0.9秒）会导致UTC时间刻度出现不连续的“跳变”。在数字时代，许多关键系统（如电信网络、金融交易、卫星导航）需要连续、均匀的时间尺度才能稳定运行。为了应对闰秒跳变，各大科技公司（如谷歌、微软）各自开发了“闰秒涂抹”等非标准方法来平滑时间，但这些方法彼此不兼容，反而造成了新的混乱，威胁到全球时间基准的统一性和可靠性。

为避免时间系统发生故障和混乱的风险，2022年，第27届国际计量大会（CGPM）已经决定，最迟在2035年提高UT1与UTC之间允许的最大差值，使UTC至少连续运行一个世纪。2026年10月15日，在巴黎召开的第28届CGPM大会已通过连续UTC的决议：连续UTC从2027年5月20日起正式生效，|UT1−UTC|的最大允许值由现行的0.9秒放宽至3600秒，也就是1小时。新方案允许|UT1−UTC|的差值在更长时间里累积，让UTC在数千年乃至万年内保持连续，无须再因差值接近一秒而增减闰秒。这一决议正式宣告闰秒即将退出历史舞台。

闰秒不再出现，但地球自转的监测还得继续

原子时出现后，由地球自转定义的不均匀的世界时已经不再作为时间间隔的基准，而是作为地球自转姿态的关键参数在北斗、航天测控、精密测绘、天文观测和深空探测等领域发挥着作用。卫星轨道的确定、深空航天器的跟踪定位、乃至地球动力学与气候变化研究，都需要我们持续测量世界时。

现代测量这一不均匀的地球自转时间（世界时UT1）的核心手段是甚长基线干涉测量技术（VLBI）。该技术将相隔数千乃至上万公里的射电望远镜组网，同时观测来自银河系外的遥远类星体发出的无线电信号，这些天体可以近似充当“宇宙路标”。地球在这些路标面前转过多少角度，就能够被精密测出来，长期、持续的观测则被用于监测地球的自转状态。

中国科学院国家授时中心吉林观测站VLBI射电望远镜。图片来源：中国科学院国家授时中心

因此，即使未来UTC走向连续，在万年内不再需要闰秒，表征地球自转姿态的世界时UT1参数仍然需要长期、稳定、及时地测量和维持。

作者简介

吴元伟，中国科学院国家授时中心研究员、博士生导师，主要从事地球自转、世界时测量与地球定向参数研究，长期开展VLBI天体测量及相关地球动力学问题研究。

张泽文，中国科学院大学博士研究生，主要从事地球物理与地球动力学领域研究，重点关注地球内部动力过程及其对地球自转变化的影响。

版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载至微信以外的平台！

文章首发于科学大院，仅代表作者观点，不代表科学大院立场。转载请联系cas@cnic.cn

文章转载自"科学大院"公众号