31 декабря 2016 будет продлено на одну секунду

Как сообщает Международная служба вращения Земли (IERS) из Парижа, в конце декабря 2016 будет введена одна дополнительная секунда в показания часов.
Последовательность показаний секундных маркеров времени будет такова:

Это означает, что 31 декабря 2016 г. последняя минута суток будет равна не 60, а 61 секунде.

Итак, год 2016 будет длиннее года 2015 на одну секунду. А если сравнивать с 1972 г. (это год, когда стали применять точное атомное время), то 2016 г. уже на 37 секунд оказывается длиннее.

Обычно в быту человек не замечает таких изменений, однако в науке и технике это имеет существенное значение.

Что же происходит? Вспомним кое-что из определения времени. Что такое время, его природа? На эти вопросы до сих пор нет чёткого ответа, в дискуссиях об этой форме существования материи до сих пор «ломают копья» философы и физики-теоретики.

И всё же астрономы научили человечество измерять время, предложив для этого такие периодические природные явления – вращение Земли вокруг Солнца (год), вращение Луны вокруг Земли (месяц), вращения нашей планеты вокруг своей оси (сутки). Но эти величины не являются совместно измеримыми.

Попытки соединить то, что не соединяется, стало причиной создания различных календарных систем, чтобы вычислять длительные промежутки времени. Впоследствии оказалось, что как вокруг своей оси, так и вокруг Солнца Земля вращается неравномерно, что обусловило выбор различных единиц для измерения времени.

В ХХ в. стремительное развитие науки и техники выдвинуло высокие требования к точности измерения времени. Поскольку Земля вокруг своей оси вращается неравномерно, то и единица времени – секунда (как 1/86400 суток в шкале всемирного времени UT1) тоже оказалась неравномерной. Её заменили на так называемую эфемеридную секунду, определённую как 1/311336925.9747 тропического года на момент 1900.0.

Эту секунду использовали главным образом в качестве аргумента в уравнениях, описывающих движение тел Солнечной системы. Однако точность эфемеридной секунды тоже не удовлетворяла учёных.

Изобретение во второй половине ХХ в. атомных стандартов частоты позволило ввести искусственную физическую единицу для измерения времени – атомную секунду. Её в 1958 г. согласовали с упомянутой выше эфемеридной секундой. После этого сигналы точного времени стали основывать на использовании атомной секунды.

По определению, атомная секунда – это продолжительность 9192631770 периодов, соответствующих резонансной частоте квантового перехода между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия ¹³³Cs. Атомная секунда вошла в стандартные единицы измерения времени в Международной системе единиц СИ.

Атомное время определяют в Секции времени Международного бюро мер и весов (Париж) на основе показаний атомных часов многих лабораторий мира. Оно получило название международное атомное время – ТАІ (аббревиатура французского названия: le Temps atomique international).

Как выяснилось, атомные часы идут быстрее астрономических. А это значит, что со временем атомное время расходится с астрономическим, определяемым по положению Солнца относительно меридиана. Отсюда следует, что атомное время не будет соответствовать положению Солнца над горизонтом.

Закономерно возник вопрос: как совместить потребность в точном времени науки и техники с общественными потребностями людей определять время по движению Солнца.

Учёные нашли выход из этого положения, предложив согласованное время, получившее официальное название всемирное координированное время – UTC (аббревиатура от английского названия – Universal Time Coordinated).

Чтобы было удобнее, с 1972 г. для корректировки стали использовать скачки во времени на 1 с (так называемые скачки секунды, по-английски – leap second) так, чтобы разница (UTC - UT1) не превышала 0.9 c. При этом дополнительную секунду вводили по соответствующей договорённости только 1 января или 1 июля.

Введение скачков секунды, нарушающих непрерывный отсчёт времени, не удовлетворяет представителей технических отраслей, связанных с современными электронными навигационными и автоматизированными системами.

Однако его поддерживают астрономы, потому что таким образом компенсируются изменения в скорости вращения Земли при определении шкалы времени UTC. Дискуссии об отмене скачков при формировании UTC продолжаются до сих пор.

Современные исследования позволяют предположить величину отклонения UTC от UT1, если бы в будущем скачки секунды отменили. К концу XXI века эта разница может достигнуть двух минут.

В 2050г. разница (UTC - UT1) будет увеличиваться со скоростью около 1.5 с за год (в 1990-х гг. – примерно 0.7 с за год). Поэтому придётся либо (отменив скачки) мириться с большой разницей (UTC - UT1), или часто вводить скачки.

Чтобы решить эту проблему, предложены следующие способы: а) увеличить допустимую разницу между UTC и UT1 (вместо 0.9 с), что позволит уменьшить количество возможных скачков; б) вводить скачки через равные промежутки времени, например, каждые 10 лет, что обусловит редкие, но большие скачки; в) переопределить СІ-секунду. Следует отметить, что при этом придётся переопределить все физические константы, которые основываются на определении времени (в частности, метр). Пожалуй, это не лучший вариант модификации UTC.

С точки зрения теоретических исследований, наличие или отсутствие скачков не играет существенной роли, поскольку отмена их приведёт лишь к слиянию шкал TAI и UTC, то есть фактически приведёт к отмене одной из них. Однако решить вопрос о судьбе шкалы UTC очень важно для практики.

Начиная с 2000 г. проведено много научных конференций по решению этой проблемы, работала специальная Рабочая группа Международного астрономического союза (МАС), проходили заседания соответствующих секций Ассамблей Международного союза электросвязи. Но окончательных решений ещё не принято.

А.О. Корсунь, кандидат физ-мат наук, Главная астрономическая обсерватория НАН Украины