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闰秒为什么不能按闰年来算?四年加一天,补不了钟上的那一秒
二月多一天,与一分钟多一秒,依据并不相同。从可计算的公历规则,到需要观测和公告的授时调整,先分清两种“闰”。
两个“闰”,补的是不同的差
闰年通常隔四年出现,闰秒却不能照这个节奏往下排。它们共享一个‘闰’字,补的并不是同一笔账。公历闰日处理日历与季节的配合;闰秒处理原子钟所计的时间与地球自转之间的差别。先把年、日、秒各自用什么来定义说清楚,才不会以为加了二月二十九日,钟表就不用再调整了。
一本日历必须用完整的天来安排月份。季节循环却不会刚好在三百六十五天整时结束。钟表的另一边,现代原子钟提供稳定的秒,地球自转并不时时匀速。前一件事是日历怎样拼出一年的长度,后一件事是两个计时依据怎样保持接近;把它们混起来,‘为什么要闰’便越问越乱。
闰年可以算,百年那道关不能漏
美国海军天文台给出的格里高利历规则很明确:年份能被四整除,通常是闰年;若还能被一百整除,就要再看能否被四百整除。于是二〇〇〇年是闰年,一九〇〇年与二一〇〇年不是。只记‘逢四就闰’,在多数常见年份够用,遇到整百年却会出错。
依这条规则,四百年中有九十七个闰日,平均年长可直接算成三百六十五点二四二五天。这个数来自日历规则,不是说每个实际季节循环都恰好这么长。天文台将回归年的长度近似列为三百六十五点二四二二天;公历用有限的整数日搭配,尽量让月份与季节不越走越远。
闰秒为什么没有“四年一次”
美国国家标准与技术研究院的说明,把协调世界时UTC与世界时UT1分开:前者以原子钟为基础,后者联系地球自转。自转速率会变化,两者的差需要测量,不能从一个公历年份是否闰年推出。闰日安排在日历里的确定位置,闰秒安排则依赖授时机构的观测与公告。
NIST在解释闰秒时,明确提醒不要把历史平均间隔当作规律。旧文章里‘过去平均多久出现一次’是在总结当时的记录,不是下一次的预报。拿那个平均数反复往后加,看似得出一串精确日期,实际上已经把一份历史说明改造成没有依据的时间表了。
一分钟里为什么会出现六十一秒
按照NIST列出的正闰秒表示方法,在插入闰秒的位置,UTC可以依次标为23:59:59、23:59:60,然后才到下一日00:00:00。这里多的是一秒,不是多过一天。‘六十秒’这个标记属于特定调整时刻,不能把普通日期都按它来读,也不能见到软件不显示这个数就说闰秒从未发生。
设想一段测量恰好从23:59:59走到上述下一日的00:00:00。这是为了说明原理的假设,不是某日实测。若期间插入一秒,实际走过两秒;若程序只按普通一天的时分秒标签相减,它可能只给一秒。遇到精密时长,要先查记录采用什么时间尺度、怎样处理闰秒,不能只凭屏幕上的两个字符串下结论。
查旧记录,先问它是哪一种时间
查二月有没有二十九日,可以先用公历闰年规则;整理跨年家谱或生日日期,也要确认原记录使用的历法。若在读天文观测、设备日志或精密授时资料,接下来要问的则是UTC、UT1还是其他时间尺度。日历写得详细与时间尺度交代清楚,是两项不同的条件。
普通生日换算不必因为知道闰秒便人为挪动一天,闰日也不能代替经度或真太阳时校正。把不同修正一股脑加到同一个出生时刻上,数字可能更长,依据却更薄。哪一项与记录有关,就核对哪一项;资料缺失,保留缺失,不靠多加一个小数位填平。
这里没有列出下一次闰秒的日期,也不从旧文章的累计次数判断今天的状态。真正需要处理某次调整,应回查对应的正式公告与历史表。‘四年加一天’回答日历问题,‘这一秒如何记’回答计时问题,知道自己正在问哪一个,查询才有着落。
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