Sekunda przestępna

Wyświetlanie skok
sekundy na zegarze cyfrowym, który jest ustawiony na strefy czasowej UTC: 23:59:59 00:00:00 nie wynika jak zwykle zamiast 23:59: 60 jest wyświetlany przez jedną sekundę Only. Po tym skoku sekunda zmienia wyświetlacz o 00:00:00.

Ziemia obraca się nieco wolniej niż przyjęto jako podstawa definicji sekundę ; rzeczywisty średni słoneczny dzień trwa zatem ułamek sekundy dłużej niż 86400 sekund. Ten efekt się kumuluje. Dlatego też, to od czasu do czasu przestępnym sekundę w uniwersalnym czasem koordynowanym (UTC), a Atomic Time skali, dodał do nich, że na ruch obrotowy Ziemi opartym czas na świecie , w przybliżeniu z poprzednio używany (UT1) średnia Czas słoneczny Greenwich (GMT) odpowiada, jeśli to możliwe, aby był synchroniczny (wielkość różnicy DUT1 = UT1 - UTC powinna być mniejsza niż 0,9 s).

W pewnym sensie sekundy przestępne są porównywalne z dniami przestępnymi :

• Dzień przestępny : Ponieważ Ziemia potrzebuje trochę więcej niż dokładnie 365 dni, aby okrążyć Słońce, zanim powróci do tego samego punktu swojej orbity - wokół równonocy wiosennej - (średnia prędkość orbitalna Ziemi jest "zbyt wolna"), wstawia się dzień przestępny, zanim odchylenie kalendarza od rzeczywistej sytuacji astronomicznej przekroczy cały dzień.
• Sekunda przestępna : Ponieważ Ziemia w swoim obrocie wokół siebie w środku trwa dokładnie 24 godziny, a więc 86 400 sekund, potrzeba więcej czasu, zanim Słońce na swojej widocznej drodze powrotnej do szczytu osiągnie swój szczyt (średnia samorotacja Ziemi wynosi " zbyt wolno") wstawiana jest sekunda przestępna, zanim odchylenie skoordynowanego czasu uniwersalnego (opartego na fizycznej definicji sekundy) od średniej doby słonecznej (opartej na astronomicznej definicji sekundy) przekroczy całą sekundę .

Ponieważ prędkość obrotowa Ziemi charakteryzuje się nieregularnościami nieokresowymi, których nie można z góry obliczyć, sekundy przestępne są wstawiane w razie potrzeby, a nie według ustalonego wzorca. W latach 80. i 90. zdarzało się to średnio co 18 miesięcy, w XXI w. częstotliwość spadła.

Sekundy przestępne są ustalane przez International Service for Earth Rotation and Reference Systems. W większości przypadków jednak za czas prawny w danym kraju odpowiada instytucja państwowa.

Po stałym spowolnieniu w 2020 r. Ziemia po raz pierwszy po raz pierwszy obracała się szybciej, szybciej niż kiedykolwiek w ciągu ostatnich 50 lat, dlatego omówiono pierwszą ujemną sekundę przestępną i inne możliwe poprawki do pomiaru czasu.

historia

Do lat 50. drugi był definiowany jako 1/86400 średniego słonecznego dnia . Jednak skala czasowa wynikająca z położenia Słońca, a więc ostatecznie z obrotu Ziemi , nie przebiega ściśle jednostajnie, ponieważ prędkość obrotowa Ziemi podlega nieregularnym wahaniom i długotrwałemu spowolnieniu. Taka niejednolita skala czasowa nie jest przydatna do wielu celów technicznych i naukowych.

Ponieważ kolejna efemeryda druga również nie spełniała wymagań, druga została określona przez ściśle określoną częstotliwość promieniowania od 1967 roku, a mianowicie jako 9 192 631 770 razy okres promieniowania odpowiadający przejściu pomiędzy dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomów nuklidu ¹³³ Cs . Wygenerowana w ten sposób jednolita skala czasu to międzynarodowy czas atomowy (TAI). Nadal obserwuje się obrót Ziemi; wyprowadzona z niego skala nierównomiernego czasu biegu to czas uniwersalny UT1. B. jest wymagana do celów astronomicznych.

W 1972 r. różnica między UTC a TAI wynosiła 10 sekund przed wprowadzeniem sekundy przestępnej, w pierwszej połowie 2020 r. będzie to 37 sekund.

Chociaż drugi był kilkakrotnie redefiniowany na przestrzeni czasu, jego długość była utrzymywana na jak najlepszym poziomie przy każdej zmianie definicji. Zatem długość dzisiejszej sekundy SI jest ostatecznie oparta na ustaleniach długości średniej doby słonecznej z końca XIX wieku. Zmienność średniej doby słonecznej nie była wówczas jeszcze znana, a jej średnią długość określono na podstawie materiału obserwacyjnego obejmującego głównie XVIII i XIX wiek. W efekcie dzisiejsza sekunda jest reprezentatywna dla długości astronomicznie wyznaczonej sekundy około połowy ówczesnego okresu obserwacji, czyli około 1820 roku. Obecnie doba słoneczna jest o kilka milisekund dłuższa niż wtedy, tak że Sekunda UT1 wyprowadzona z obrotu Ziemi jest również nieco dłuższa niż sekunda SI, co odzwierciedla sytuację sprzed 200 lat. Aby to zrekompensować, w UTC wstawiane są (dodatnie) sekundy przestępne. Jeżeli obrót własny Ziemi przyspieszy, a średni słoneczny dzień będzie krótszy niż 86400 SI sekund, można również „wstawić” ujemne sekundy przestępne, tj. pominąć poszczególne sekundy. Jak dotąd wszystkie sekundy przestępne były pozytywne.

1962 do 2019: Odchylenie długości dnia (-1,1 ... + 4,4 ms) i skumulowane przesunięcie (-7 ... + 27 s) na podstawie 1972

potrzeba

Obrót ziemi podlega ciągłym wahaniom ze względu na dużą ilość czynników. Przyspieszył w ciągu ostatnich kilku dekad, ale w dłuższej perspektywie zostanie spowolniony przez tarcie pływowe i efekt grawitacyjny „wolniejszego” księżyca. To dlatego UT1 staje się coraz wolniejszy na dłuższą metę, podczas gdy TAI jest ściśle jednolite.

Oficjalny czas używany w życiu codziennym powinien celowo opierać się na zmianie dnia na noc, czyli na obrocie Ziemi, a więc na UT1, natomiast ze względów technicznych pożądana jest ściśle jednolita miara czasu, czyli TAI. Jako kompromis wprowadzono uniwersalny czas koordynowany UTC. Jeśli chodzi o TAI, jednostką czasu UTC jest sekunda SI mierzona zegarami atomowymi . Wstawiając sekundy przestępne, UTC nigdy nie oddala się o więcej niż 0,9 sekundy od UT1. Zapewnia to z jednej strony, że powszechny czas UTC nie odbiega od średniego czasu słonecznego w dłuższej perspektywie, a z drugiej strony dostępna jest jednostka czasu dokładna do zegara atomowego.

Praktyczna realizacja

Sekundy przestępne są ustalane w Niemczech przez Physikalisch-Technische Bundesanstalt , który stosuje się do sekund przestępnych ustalonych na arenie międzynarodowej przez Międzynarodową Służbę Obrotu Ziemi i Systemów Referencyjnych . Sekundy przestępne są wstawiane głównie 31 grudnia lub 30 czerwca, z priorytetem drugorzędnym 31 marca lub 30 września po 23:59:59 UTC (tj. przed 01:00  CET lub 02:00  CEST ). Odkąd system został wprowadzony w 1972 roku, używane są tylko czasy z grudnia i czerwca.

Instrukcja wstawienia sekundy przestępnej jest podana, gdy w niedalekiej przyszłości można się spodziewać, że różnica między czasem UTC i UT1 wzrośnie o ponad 0,9 sekundy. Po 23:59:59 UTC w określone dni, dodatkowa sekunda jest wstawiana o 23:59:60 przed przesunięciem zegara do 00:00:00 następnego dnia. Oznacza to, że dzień z sekundą przestępną składa się z 86 401 sekund atomowych zamiast zwykłych 86 400. W przypadku gdyby obrót Ziemi stał się znacznie szybszy, zapewnione są również ujemne sekundy przestępne. W takim przypadku następny dzień o godzinie 00:00:00 nastąpi natychmiast po 23:59:58. Jednak nigdy wcześniej tak się nie stało. Obrót na ziemi przyspieszyła nieznacznie od końca 1970 roku (na tle zwykłych wahań), tak że sekundy przestępne nie były konieczne, ponieważ wtedy. Jednak dzień jest nadal dłuższy niż nominalne 86 400 atomowych sekund, więc jest prawdopodobne, że dodatnie sekundy przestępne nadal będą musiały być kompensowane w mniej lub bardziej regularnych odstępach czasu.

Jednak prawidłowa reprezentacja godziny 23:59:60 jest rzadko spotykana w zegarkach dostępnych na rynku. Wszystkie zegary, które są taktowane tylko własnym zegarem (zwykle kryształem kwarcu), nie mają informacji o tym, kiedy należy wziąć pod uwagę sekundę przestępną. Dlatego w zasadzie tylko takie zegary mogą poprawnie wyświetlać sekundę przestępną, które są transmitowane w inny sposób, np. B. sygnał czasu lub NTP , otrzymują informację o zbliżającej się sekundzie przestępnej. Sygnał czasu DCF77 zawiera informację, czy pod koniec bieżącej godziny ma zostać wstawiona (dodatnia) sekunda przestępna. Jeśli zegar radiowy odbiera sygnał czasu w tym okresie, teoretycznie może być wyświetlany poprawnie. Jednak w przypadku zegarów sterowanych radiowo sygnał czasu jest odbierany znacznie rzadziej (mniej więcej raz dziennie), tak że i tutaj zwykle nie ma odbioru sekundy przestępnej. W tym przypadku sekunda przestępna nie jest początkowo brana pod uwagę, tak że zegar przesuwa się o jedną sekundę między 23:59:59 a kolejnym odebraniem.

przyszłość

Ze względu na nieregularność spowalniania obrotu Ziemi przewidywanie, czy i kiedy będzie potrzebna sekunda przestępna, jest możliwe tylko w najbliższej przyszłości. Zadaniem Międzynarodowej Służby ds. Obrotu Ziemi i Systemów Odniesienia (IERS) jest obserwowanie ruchu obrotowego Ziemi i ustalenie, czy potrzebna jest sekunda przestępna. Twoja decyzja zostanie opublikowana w półrocznym Biuletynie  C na sześć miesięcy przed datą. Poprzednia sekunda przestępna została dodana 31 grudnia 2016 r. (UTC ± 0).

Ponieważ proces ten może być źródłem błędów dla systemów komputerowych, rozważa się, czy sekundy przestępne powinny być wstawiane rzadziej, czy też system powinien zostać gruntownie zmieniony. Jeśli na przykład w roku 2600 wprowadzono całą godzinę przełączania, można by zrezygnować z częstych drobnych korekt, które muszą być dokonywane w nieregularnych odstępach czasu. Decyzja została przesunięta najwcześniej w 2012 r. na 2015 r. W trakcie Światowej Konferencji Radiokomunikacyjnej ITU 2015 (WRC-15) zdecydowano, że dla podjęcia decyzji o zniesieniu sekund przestępnych konieczne są dalsze badania. Przynajmniej do czasu Światowej Konferencji Radiokomunikacyjnej w 2023 r. poprzednie rozporządzenie dotyczące wstawiania sekund przestępnych, określone w ITU-R TF.4060-6, pozostanie w mocy.

Global Positioning System (GPS) został przy użyciu atomowej skali czasu bez przestępnych sekund od momentu wprowadzenia na rynek w 1980 roku, aby nie stracić swój rytm. Czas GPS jest zatem teraz 18 sekund przed UTC (stan na styczeń 2020 r.). Aktualna różnica jest również przesyłana w sygnale GPS, aby udostępnić UTC drugiemu dla odbiorników GPS i użytkowników.

Różne

Najdłuższym rokiem do tej pory w kalendarzu gregoriańskim w strefach czasowych UTC ± 0 i na zachodzie był rok 1972. Jako rok przestępny był to jeden dzień i dwie sekundy przestępne dłużej niż zwykle. Najkrótszym rokiem był 1582, kiedy wprowadzenie kalendarza gregoriańskiego pominęło dziesięć dni między 4 a 15 października.

Sekunda przestępna 30 czerwca 2012 r. spowodowała poważne problemy na wielu serwerach na całym świecie. Dotyczyło to zwłaszcza komputerów z niektórymi wersjami jądra Linuksa . Przez błąd ( bugs ) w jądrze nastąpił tak zwany impas . Dotyczyło to głównie programów opartych na Javie i baz danych MySQL . Oprócz linii lotniczej Qantas , która musiała przełożyć około 50 lotów, dotknęło to wiele dużych stron internetowych , co już skłoniło magazyny branżowe do porównania ich z Millennium Bug . Firma Google ominęła problem sztuczką polegającą na sumowaniu niewielkich przyrostów czasu dla kontroli czasu serwera NTP w ciągu dnia, aż do wyrównania różnicy czasu.

Zobacz też

• wyczucie czasu
• Korekcja czasu DUT1

literatura

• Dennis D. McCarthy, William J. Klepczyński: GPS i sekundy przestępne . (PDF; 204 kB) W: GPS World , 10, 11 (listopad 1999), s. 50–57.
• RA Nelson i in.: Sekunda przestępna: jej historia i możliwa przyszłość . (PDF; 381 kB) W: Metrologia , 38, 2001, s. 509-529.

linki internetowe

Wikisłownik: przestępna  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia translation

• Rok będzie o sekundę dłuższy ( kliknij INFORMACJA PRASOWA 15.06.2015 ) 15.06.2015 , Physikalisch-Technische Bundesanstalt , dostęp 19.06.2015
• Sekundy przestępne z listą czasów wstawiania sekund przestępnych Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
• Sekundy przestępne i ich ocena przez zegary radiowe i NTP . meinberg.de (zegary radiowe, serwery czasu itp.)
• Sekundy przestępne (angielski)
• Centrum Szybkiej Obsługi / Predykcji Parametrów Orientacji Ziemi (Angielski)
• Graficzny przegląd i zapowiedź (Biuletyn C) sekund przestępnych (angielski)
• Skala czasu atomowego (angielski)
• Przesunięcia i korekty skokowe UTC (angielski)
• Zalecenie ITU-R TF.460-6 Emisja standardowej częstotliwości i sygnału czasu (PDF) itu.int (Polski)

Indywidualne dowody

1. ↑ Nadja Podbregar: Ziemia przyspiesza. W: scinexx.de. 8 stycznia 2021, udostępniono 10 stycznia 2021 .  
2. ↑ Christian Speicher: Zmiana czasu: kolejna sekunda przestępna ma się odbyć w : Neue Zürcher Zeitung z dnia 30 grudnia 2016 r.
3. ↑ Ziemia kręci się teraz szybciej niż kiedykolwiek w ciągu ostatniego półwiecza . W: The Telegraph , 4 stycznia 2021 r. 
4. ↑ Realizacja SI 2. . Grupa robocza 4.41 PTB. 14 sierpnia 2013 . Źródło 16 września 2013 .
5. ↑ TAI − UTC (1 stycznia 1972 - 28 czerwca 2021) , IERS , 7 lipca 2020.
6. ↑ Biuletyn C 62 , IERS , 5 lipca 2021 r.
7. ↑ http://support.casio.com/en/manual/009/qw5110.pdf
8. ^ Ogłoszenia o sekundzie przestępnej w UTC . Międzynarodowy serwis systemów rotacji Ziemi i systemów odniesienia (IERS); udostępniono 30 grudnia 2018 r.
9. ↑ Christian Speicher: Czy sekunda przestępna jest problemem? Od lat podejmowane są próby zniesienia sekund przestępnych. Teraz ma być głosowany na najwyższym szczeblu. NZZ , 11 stycznia 2012 r.; udostępniono 4 grudnia 2019 r.
10. ↑ Kenneth Chang: Decyzja o jednej sekundzie zostaje odłożona na trzy lata . The New York Times , 19 stycznia 2012; Źródło 5 września 2014.
11. ↑ Uniwersalny czas koordynowany (UTC), aby zachować „sekundę przestępną” . Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU), komunikat prasowy listopad 2015; Źródło 28 kwietnia 2016.
12. ↑ Ferdinand Thommes: Drugi skok w weekend sparaliżował wiele komputerów. PC Magazin, 3 lipca 2012, dostęp 4 lipca 2012 .