躍第二

截屏的世界標準時間時鐘來自時間.gov在2016年12月31日的LEAP第二次。

一個躍第二是一個第二調整偶爾應用於協調的通用時間（UTC），以適應精確時間之間的差異（國際原子時間（TAI），如原子鐘）和不精確觀察到太陽時間（UT1），由於不規則和長期減速在裡面地球的旋轉。UTC時間標準，廣泛用於國際計時，作為參考民事時代在大多數國家 /地區，使用TAI，因此除非根據需要將其重置為UT1，否則將在觀察到的太陽時間之前進行。LEAP第二設施存在以提供此調整。LEAP第二次是在1972年引入的，從那時起，已將27秒秒添加到UTC。

因為地球的旋轉速度隨氣候和地質事件的響應而變化，所以[1]UTC LEAP秒數不規則地間隔和不可預測。每個UTC LEAP的插入通常是提前大約六個月的國際地球旋轉和參考系統服務（IERS），確保UTC和UT1讀數之間的差異永遠不會超過0.9秒。[2][3]

這種做法已被證明具有破壞性，尤其是在二十一世紀，尤其是在依賴精確的服務中時間戳或關鍵時期過程控制。這國際電信聯盟在2015年考慮是否繼續進行練習。[4]2022年11月27日體重和措施大會，決定在2035年之前或之前放棄LEAP。從那時起，原子和天文時間之間的差異將被允許增長到較大的價值尚待確定。建議將來可能的措施是讓差異增加到整個分鐘，這將需要50到100年，然後在一天的最後一分鐘里花了兩分鐘的時間，沒有不連續的“塗片”。[5][6]

歷史

圖顯示了UT1和UTC之間的差異。垂直段對應於LEAP秒。

大約140CE，托勒密，亞歷山大天文學家，性行為細分平均太陽日和真正的太陽日在性別點之後至少六個地方，他使用了等E小時和季節性小時的簡單分數，它們都不像現代的第二個。[7]穆斯林學者，包括al-biruni在1000中，將平均太陽日細分為24個均衡小時，每個均等小時都被細分性，這是分鐘，第二，第二，第三，第四和第五的單位，創建了現代第二1⁄60的1⁄60的1⁄24=1⁄86,400在此過程中的平均太陽日。[8]有了這個定義，第二個是在1874年提出的，作為時間的基本單位CGS單位系統.[9]不久之後西蒙·紐科姆（Simon Newcomb）其他人發現地球的旋轉週期不規則地變化，[10]所以在1952年，國際天文聯盟（IAU）將第二個定義為恆星年。 1955年，考慮到熱帶年要比恆星年更基本，IAU將第二個重新定義為分數1⁄31,556,925.9751900.0平均熱帶年。在1956年，一個更精確的價值1⁄31,556,925.9747被用於第二個定義國際體重與措施委員會，在1960年由體重和措施大會，成為國際單位體系（SI）。[11]

最終，該定義也被發現不足以進行精確的時間測量，因此在1967年，SI第二再次被重新定義為9,192,631,770個時期銫-133原子在其基態的兩個高鐵水平之間的過渡中。[12]該價值在10中同意1個部分10隨後使用天文學（Ephemeris）。[13]它也接近1⁄86,400在1750年至1892年之間，平均太陽日為平均。

但是，在過去的幾個世紀中，平均太陽日的長度一直增加約1.4-1.7小姐每個世紀，取決於平均時間。[14][15][16]到1961年，平均太陽日已經比86400SI秒。[17]因此，更改日期的時間標準精確86400SI秒，例如國際原子時間（TAI），將越來越提前與平均太陽日相關的時間標準，例如普遍的時間（UT）。

當。。。的時候協調的通用時間（UTC）標準是在1960年基於原子鐘的基礎上建立的，人們認為有必要與UT達成協議，UT在此之前一直是廣播時間服務的參考。從1960年到1971年，UTC原子鐘的速率被放慢了比希保持與UT2，一種被稱為“橡膠第二”的實踐。[18]UTC的速率是在每年年初確定的，比原子時間的速度慢，每10個零件-150零件101960 - 1962年，每10零件-130零件101962 - 63年，每10個零件-150零件10再次為1964 - 65年，每10個零件為-300零件101966 - 1971年。[19]除了速率的變化外，偶爾需要0.1 s步驟（1963年之前0.05 s）。這是UTC的主要轉移率的主要頻率。MSF，WWV， 和楚除其他時間站。1966年，CCIR批准了“踩踏原子時間”（SAT），該（SAT）以0.2 s的調整調整了原子時間，以使其在UT2的0.1 s內保持，因為它沒有速率調整。[20]SAT是由WWVB除其他時間站。[19]

1972年，引入了leap-second系統，以便將UTC秒設置為完全等於標準SI秒，同時仍保持一天中的UTC時間和與UT1同步的UTC日期的變化。[12]到那時，UTC時鐘已經落後於TAI 10秒，TAI已於1958年與UT1同步，但此後一直在計算真實的SI秒。1972年之後，兩個時鐘都在SI秒內滴答作響，因此它們在任何時候的顯示器之間的差異為10秒，加上截至當時已應用於UTC的LEAP秒數；截至2020年6月，已將27秒秒應用於UTC，因此差異為10 + 27 = 37秒。

插入leap秒

迄今宣布的leap秒[21]
年6月30日12月31日
1972+1+1
19730+1
19740+1
19750+1
19760+1
19770+1
19780+1
19790+1
198000
1981+10
1982+10
1983+10
198400
1985+10
198600
19870+1
198800
19890+1
19900+1
199100
1992+10
1993+10
1994+10
19950+1
199600
1997+10
19980+1
199900
200000
200100
200200
200300
200400
20050+1
200600
200700
20080+1
200900
201000
201100
2012+10
201300
201400
2015+10
20160+1
201700
201800
201900
202000
202100
202200
年6月30日12月31日
全部的1116
27
當前的太極拳 - UTC
37

LEAP秒的安排最初被委派給國際局（BIH），但於1988年1月1日轉到國際地球旋轉和參考系統服務（IERS）。UTC和UT1超過0.9 s。

UTC標准允許在任何UTC月末應用LEAP秒，首先偏愛6月和12月，第二次偏愛3月和9月。截至2017年1月，所有這些都在6月30日或12月31日末插入。它的“公告C”。此類公告通常在每個可能的LEAP第二次日期之前就發布得很好 - 通常在1月初，在6月30日和7月初為12月31日。[22][23]一些時間信號廣播給出了即將來臨的LEAP的語音公告。

在1972年至2020年之間，平均每21個月插入一次LEAP。但是，間距非常不規則，顯然正在增加：在1999年1月1日至2004年12月31日之間的六年間隔中沒有leap秒，但是在1972 - 1979年八年中有9秒的leap秒。

與眾不同leap日，從2月28日，23:59:59當地時間開始[a]UTC LEAP秒在全球範圍內同時發生。例如，leap在2005年12月31日，23：59：60 UTC是2005年12月31日，18：59：60（下午6:59:60）美國東部標準時間以及2006年1月1日，08：59：60（a.m.）日本標準時間.

過程

當要求它時，第二個23:59:59在選定的UTC中插入了積極的第二個日曆日期和下一個日期的第二個00:00:00。UTC的定義指出，12月和6月的最後一天是3月或9月的第二天作為第二偏好，以及其他月份的最後一天作為第三個偏好。[24]所有LEAP秒（截至2019年）定於6月30日或12月31日舉行。在顯示與UTC綁定的當地時間的時鐘上，可以根據當地時區的不同，在其他小時（或半小時或四分之一小時）結束時插入LEAP。負面的leap秒會壓制被選定月份最後一天的第二天23:59:59，因此該日期的第二個23:59:58將立即在下一個日期的第二個00:00:00之後。自從引入LEAP秒以來，平均太陽日僅在很短的時間內就超過了原子時間，並且沒有觸發負面的leap第二。

地球旋轉放緩

也可以看看：ΔT（計時）
從基於SI的日期偏離日期，而較短的天數則是由更快的行星旋轉產生的。

leap秒間隔不規則，因為地球的旋轉速度不規則地變化。確實，從長遠來看，地球的輪換是不可預測的，這解釋了為什麼只提前六個月宣布LEAP秒。

一個數學模型太陽日長度的變化是由F. R. Stephenson和L. V. Morrison，[16]根據記錄日食在700期公元前到1623年CE，伸縮觀察掩蓋在1623年，直到1967年，此後的原子鐘。該模型顯示了平均太陽日的穩定增加1.70毫秒（±0.05 ms）每個世紀，加上大約4毫秒振幅的周期性轉移時期約1,500年。[16]在過去的幾個世紀中，平均太陽日的延長率大約1.4 ms每個世紀，是周期性組成部分的總和。[25]

地球旋轉放緩的主要原因是潮汐摩擦，僅此一項就可以將一天延長到2.3 ms/Century。[16]其他因素是地球的運動脆皮相對於它核， 改變在地幔對流，以及導致質量重新分佈的任何其他事件或過程。這些過程改變了地球的慣性的時刻，影響由於保存而引起的旋轉速率角動量。這些重新分配中的一些增加了地球的旋轉速度，縮短了太陽日，並反對潮汐摩擦。例如，冰川反彈將太陽日縮短為0.6 ms/Century，2004印度洋地震人們認為將其縮短了2.68微秒。[26]

然而，將leap秒視為地球旋轉速度放緩的指標是一個錯誤。它們是通過地球旋轉測得的原子時間和時間之間累積差異的指標。[27]本節頂部的情節表明，在1972年，平均長度約為86400.003秒和2016年大約86400.001秒，表明該時間段內地球旋轉率的總體增加。在此期間插入了積極的leap秒，因為每年的平均長度仍然大於86400SI秒，不是因為地球旋轉速率的任何放緩。[28]

據報導，在2021年，地球在2020年旋轉得更快，並且經歷了自1960年以來的28天，每個日子的持續時間都少於86399.999秒。[29]這導致全世界的工程師討論了負面的LEAP第二和其他可能的計時措施，其中有些人可以消除LEAP秒。[30]

leap秒的未來

TAI和UT1時間尺度是精確定義的，前者是由原子鐘（因此獨立於地球旋轉），而後者則通過天文觀測（測量實際的行星旋轉，因此是Greenwich Meridian的太陽時間）。UTC（在哪個民事時代通常基於）是一個折衷方案，以原子秒為單位，但會定期重置一秒鐘以匹配ut1。

UTC LEAP秒的不規則性和不可預測性對於多個領域來說是有問題的，尤其是計算（看以下）。隨著對自動化系統準確性的需求不斷增加高頻交易，[31]這引發了許多問題，因為LEAP的跳躍比行業時鐘所需的準確性高出一百萬倍。因此，相關國際標準機構正在審查插入LEAP秒的長期實踐。

消除LEAP秒的國際建議

2005年7月5日，IERS的地球定位中心負責人向IERS公告C和D訂戶發出了通知，在ITU-R研究組7的WP7-A之前就美國提案徵求了評論，以消除從The The The The The The Beap Seconds中的LEAP秒2008年之前的UTC廣播標準（itu-r負責UTC的定義）。[b]預計將在2005年11月考慮，但此後的討論已被推遲。[33]根據該提案，LEAP在技術上將被LEAP小時數取代，以便滿足數個ITU-R成員國的法律要求，即民間時間與太陽相關。

提出了對該提案的許多異議。天文學年鑑的解釋性補充編輯P. Kenneth Seidelmann寫了一封信，哀嘆缺乏有關該提案和充分理由的一致公共信息。[34]史蒂夫·艾倫加利福尼亞大學聖克魯斯引用了他聲稱對天文學家的巨大影響科學新聞文章。[35]他有一個廣泛的在線網站[36]專門介紹了LEAP秒的問題和歷史，包括有關該提案的一組參考和反對該提案的論點。[37]

在2014年國際無線電科學家聯盟（URSI）大會上美國海軍天文台時間服務的首席科學家向反對它的論點提出了重新定義和反駁的推理。[38]他強調了軟件程序員的實際無法做到的事實，即leap秒使時間看起來倒退，尤其是當他們中的大多數人甚至都不知道leap秒存在時。提出了leap秒危險的可能性，以及觀察到的對貿易的影響。

美國根據國家電信和信息管理局的建議在此問題上提出立場[39]和聯邦通信委員會（FCC），該委員會從公眾那裡徵求了評論。[40]這個立場有利於重新定義。[41][C]

2011年，北京全球應用和勘探中心的Chunhao Han說，中國尚未決定2012年1月的投票，但一些中國學者認為，由於中國的傳統，保持民事和天文學時期之間的聯繫很重要。2012年的投票最終推遲了。[43]在第二次LEAP的ITU/BIPM贊助的研討會上，Han表達了他的個人觀點，贊成廢除Leap第二[44]2014年，漢再次與其他中國計時科學家一起在URSI大會上再次表達了對重新定義的類似支持。

在2015年2月10日的亞太電信會議的特別會議上，春豪漢表示，中國現在正在支持消除未來的LEAP秒，所有其他介紹的國家代表（來自澳大利亞，日本和韓國共和國，）。在這次會議上，布魯斯·沃靈頓（Bruce Warrington）（NMI，澳大利亞）和庫卡薩伊瓦瑪（Tsukasa Iwama）（日本尼克斯州）對金融市場特別關注，因為第二次LEAP發生在世界各地的工作日中期。[D]在2015年3月/4月的CPM15-2會議之後，草案提供了四種方法，WRC-15可能用來滿足WRC-12的653分辨率。[47]

反對該提案的論點包括這一重大變化的未知費用，以及普遍時間不再與平均太陽時間相對應的事實。還回答說，兩個不遵循leap秒的時間表已經可用，國際原子時間（太極） 和全球定位系統（GPS）時間。例如，計算機可以使用它們，並根據需要將其轉換為UTC或本地民用時間。廉價的GPS正時接收器很容易獲得，衛星廣播包括必要的信息來轉換GPS時間到UTC。將GPS時間轉換為TAI也很容易，因為TAI總是比GPS時間領先19秒。基於GPS時間的系統示例包括CDMA數字蜂窩系統IS-95和CDMA2000。通常，計算機系統使用UTC並使用網絡時間協議（NTP）。無法忍受由LEAP秒造成的干擾的系統可以在TAI上的時間和使用精確時間協議。但是，BIPM指出，這種時間表的擴散會導致混亂。[48]

在全球定位系統服務界面委員會第47屆會議上沃思堡，德克薩斯州，在2007年9月，宣布將郵寄投票將停止LEAP秒。投票計劃是：[49]

  • 2008年4月：伊圖工作組7A將提交ITU研究組7項目建議，以停止LEAP秒
  • 在2008年期間，研究小組將通過成員國之間的郵件進行投票
  • 2011年10月：ITU-R發布了其狀態文件，ITU-R協調通用時間（UTC）研究的狀態，為2012年1月在日內瓦舉行的會議做準備；該論文報告說，迄今為止，為了回應該國2010年和2011年基於Web的調查，要求對該主題進行意見，但它收到了192個成員國的16個回复，“ 13個贊成變更，3個是相反的。“[50]
  • 2012年1月：ITU做出了決定。

在2012年1月，ITU決定將其推遲到leap秒，而不是根據本計劃決定是或否世界放射線通信會議2015年11月。在這次會議上，再次決定繼續使用LEAP秒，等待在2023年的下一次會議上進行進一步的研究和考慮。[4]

2014年10月，民用GPS接口服務委員會定時小組委員會主席WłodzimierzLewandowski，ESA導航計劃委員會成員，向ITU提出了一項由CGSIC認可的決議，該決議支持重新定義，並將LEAP第二次描述為“危害”導航”。[51]

其支持者已經解決了對擬議變更的一些異議。例如，Felicitas Arias，他擔任主任國際重量和措施（BIPM）的時間，頻率和重量表部門負責產生UTC，並在新聞稿中指出，每60 - 90年的漂移每60至90年的漂移與真實太陽能時間之間的16分鐘年變化相比和平均太陽時間，使用日光時間的一小時抵消，而在某些地理特大時區域中的幾個小時抵消了。[52]

提議的leap第二替代方法是leap小時或leap minute，只需要每幾個世紀一次變化一次。[53]

2022年11月18日，舉行權重與措施（CGPM）決心在2035年消除LEAP秒。[6]

考慮俄羅斯延長時間表的要求，選擇了2035年，以消除LEAP秒數，因為與美國不同全球導航衛星系統，全球定位系統，這不會通過LEAP秒（俄羅斯的系統）調整時間Glonass，確實通過LEAP秒調整時間。

通過插入（或刪除）LEAP秒造成的問題

計算時間差異和事件序列

要在兩個給定的UTC日期之間計算幾秒鐘內經過的時間，就需要諮詢LEAP秒錶，每當宣布新的LEAP第二秒時，都需要更新。由於僅提前6個月就知道了LEAP秒，因此將來無法計算UTC日期的時間間隔。

缺少LEAP秒鐘公告

雖然BIPM提前6個月宣布LEAP，大多數時間分配系統（SNTP，irig-b，ptp）宣布LEAP幾秒鐘最多提前12小時，[54]有時只有在最後一分鐘，有些甚至根本沒有（DNP 03）。不定期同步的時鐘可能會錯過leap的第二個，但仍然可以聲稱自己是完全同步的。[需要澄清]

實施差異

並非所有時鐘都以相同的方式實施LEAP秒。跳躍幾秒鐘Unix時間通常通過重複23:59:59或添加時間戳記23:59:60實現。網絡時間協議（SNTP）凍結在leap秒期間的時間，[55]某些時間服務器聲明“警報條件”。其他方案塗抹在leap秒附近的時間，在更長的時間內傳播了第二個變化的第二個。這旨在避免及時的實質性（現代標準）的任何負面影響。[56][57]這種方法導致系統之間的差異，因為LEAP塗片不是標準化，並且在實踐中使用了幾種不同的方案。[58]

leap的文字表示

leap的文字表示由BIPM定義為“ 23:59:60”。有些程序不熟悉這種格式，在處理此類輸入時可能會報告錯誤。

Leap第二的二進制代表

大多數計算機操作系統和大多數時間分配系統代表時間，二進制計數器表示自任意以來經過的秒數時代;例如，因為1970-01-0100:00:00在Posix機器或之後1900-01-0100:00:00在NTP中。該計數器不計算積極的LEAP秒，也沒有指示插入了第二個LEAP，因此序列為兩秒鐘將具有相同的計數器值。某些計算機操作系統，尤其是Linux，分配給LEAP第二，前面的計數器值23:59:59秒（59–59–0序列），而其他計算機（和IRIG-B時間分佈）則分配給LEAP第二，下一個計算機的計數器值00：00：00秒（59–0–0順序）。由於沒有管理此序列的標準，因此完全同時採樣的值的時間戳可能會有所不同。這可以解釋依賴時間戳值的時間限度系統中的缺陷。[59]

其他報告的軟件問題與LEAP第二

全球導航衛星接收器的幾種模型具有與LEAP秒相關的軟件缺陷：

  • 摩托羅拉核心副總裁，UT，GT和M12 GPS接收器的一些較舊版本的軟件錯誤將導致單個時間戳記，如果未安排第二次LEAP 256週。2003年11月28日，發生了這種情況。在午夜，該固件的接收器報告了2003年11月29日，持續了一秒鐘，然後恢復到2003年11月28日。[60][61]
  • 較舊的Trimble GPS接收器有一個軟件缺陷，該漏洞將在此後立即插入LEAPGPS星座開始播放下一個LEAP第二插入時間（在實際LEAP第二次之前幾個月），而不是等待下一個LEAP的發生。這使接收器的時間休息了一秒鐘。[62][63]
  • 較舊的Datum Tymeserve 2100 GPS接收器和Symmetricom Tymeserve 2100接收器收到A LEAP第二通知，而不是等待正確的日期。製造商不再支持這些模型，也沒有可用的軟件。已經描述和測試了解決方法，但是如果GPS系統重新播放了公告，或者該單元已關閉，則該問題將再次發生。[64]
  • 使用數據的四個不同品牌的導航接收器貝杜發現衛星提前一天實施LEAP。[65]這可以追溯到與Beidou協議在一周中的數字有關的錯誤。

幾家軟件供應商已經分發了尚未適合LEAP Seconds的概念的軟件：

  • NTP指定一個標誌，以告知接收者alep秒即將是臨時。但是，某些NTP服務器實現未能正確設置其LEAP第二個標誌。[66][67][68][69]一些NTP服務器在第二次插入後的第二天響應了錯誤的時間。[70]
  • 許多組織報告了2012年6月30日LEAP第二次的軟件引起的問題。在報告問題的網站中是reddit（阿帕奇·卡桑德拉（Apache Cassandra）），Mozilla（hadoop），[71]澳航，[72]以及運行Linux的各種站點。[73]
  • 儘管宣傳2015年LEAP第二，但由於某些路由器的第二次相關軟件錯誤，發生了少量網絡故障。[74]幾個較舊版本的思科系統Nexus 5000系列操作系統NX-OS（版本5.0、5.1、5.2）受LEAP第二個錯誤的影響。[75]

一些企業和服務提供商受到Leap-Second相關軟件錯誤的影響：

毫無疑問，2016年12月31日在收穫期間使用GPS導航的耕作設備將受到2016年LEAP第二次的影響。[81]GPS導航利用GPS時間，這不會受到LEAP的影響。[82]

由於軟件錯誤，2016年1月25日至26日，NAVSTAR GPS系統的UTC時間不正確約為13微秒。[83][84]

leap第二問題的解決方法

最明顯的解決方法是將TAI量表用於所有操作目的，並將其轉換為UTC作為可讀文本。UTC始終可以從TAI派生，並具有合適的LEAP秒。這電影和電視工程師協會（SMPTE）視頻/音頻行業標準主體選擇了TAI來推導媒體時間戳。[85]IEC/IEEE 60802（時間敏感網絡）為所有操作指定TAI。電網自動化計劃切換到TAI，以進行電網中事件的全球分佈。藍牙網狀網絡也使用太極。[86]

與其在一天結束時插入飛躍，不如谷歌服務器實施了“ Leap Smear”，在leap秒的24小時內略微延伸了幾秒鐘。[57]亞馬遜遵循類似但略有不同的模式，用於引入2015年6月30日，Leap第二，[87]導致另一個時間尺度擴散的情況。後來，他們發布了針對EC2實例的NTP服務，該服務執行了Leap塗抹。[88]UTC-SLS被提議為帶線性Leap塗抹的UTC版本，但它從未成為標準。[89]

已經提出，媒體客戶使用實時運輸協議在LEAP第二，第二個和第二次的NTP時間戳抑制了NTP時間戳。[90]

NIST已建立了特殊的NTP時間服務器來交付UT1而不是UTC。[91]如果ITU分辨率通過，並且不再插入LEAP秒，則此類服務器將特別有用。[92]那些天文學觀測值和其他需要UT1的用戶可能會逃離UT1 - 儘管在許多情況下，這些用戶已經從IERS下載UT1-UTC，並在軟件中應用更正。[93]

也可以看看

  • 時鐘漂移，與另一個時鐘相比，時鐘獲得或損失的現象
  • DUT1，描述了協調的通用時間（UTC）與通用時間（UT1）之間的差異
  • 動態時間尺度
  • 閏年，一年包含一個額外的一天或一個月

筆記

  1. ^只有公曆2月28日之後開始的LEAP日子。埃塞俄比亞日曆，伊朗日曆，印度國家日曆， ETC。）。
  2. ^華爾街日報指出，當時，美國官員認為該提案是“ ITU內部的私人事項”。[32]
  3. ^FCC已發布其收到的評論，可以使用其搜索引擎進行04-286的搜索引擎，並將“收到的期限”限制在2014年1月27日至2月18日之間的“收到的期間”（包括）。[42]
  4. ^除了發布特別會議的視頻外，[45]澳大利亞通訊和媒體管理局（Australian Communications and Media Authority）擁有該會議的筆錄和一個網頁，其中包含會議準備會議報告的草案和ITU-R WRC-15議程項目1.14的解決方案。[46]

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