躍第二

UTC時鐘的屏幕截圖從time.gov在2016年12月31日的LEAP第二次。

leap的第二秒是一秒鐘的調整,偶爾適用於協調的通用時間(UTC),以適應精確時間(通過原子鐘來測量的精確時間(國際原子時間(TAI))之間的差異)和觀察到的太陽能時間UT1 )(UT1) ,由於不規則性地球旋轉的長期放緩而變化。 UTC時間標準廣泛用於國際計時,並作為大多數國家 /地區的民用時間參考,因此使用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能時間之前運行。 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。

由於地球的旋轉速度隨氣候和地質事件的響應而有所不同,因此UTC LEAP秒數不規則地間隔且不可預測。通常由國際地球旋轉和參考系統服務(IERS)提前六個月插入每個UTC LEAP,以確保UTC和UTC讀數之間的差異永遠不會超過0.9秒。

這種做法已被證明具有破壞性,尤其是在二十一世紀,尤其是在依賴精確時間戳或關鍵時期過程控制的服務中。而且,由於並非所有計算機都通過leapecond進行調整,因此它們將顯示與已調整的時間不同的時間。經過多年的不同標準機構的討論,在2022年11月,在第27屆體重和措施大會上,決定在2035年之前或之前放棄LEAP。

歷史

圖顯示了UT1和UTC之間的差異。垂直段對應於LEAP秒。

在大約140年,亞歷山大天文學家托勒密(Ptolemy)的性行為將平均太陽日和真正的太陽日細分至至少六個地方,他在性別明顯之後至少六個地方,他使用了骨interial小時和季節性的簡單分數,沒有任何東西類似於現代的第二。穆斯林學者,包括1000年的al-biruni,將平均太陽日細分為24個均衡小時,每個日期都被細分,這是微小的性別,這是分鐘,第二,第三,第四,第四和第五的單位1⁄24的1⁄60中的1⁄60 =該過程中平均太陽日的1⁄86,400。有了這個定義,第二個是在1874年作為CGS單位系統中時間的基本單位提出的。此後不久,西蒙·紐科姆(Simon Newcomb)和其他人發現地球的輪換時期不規則地變化,因此在1952年,國際天文聯盟(IAU)將第二個定義為恆星年的一小部分。在1955年,考慮到熱帶年度比恆星年更基本,IAU將第二個重新定義為1900.0平均熱帶年的1⁄31,556,925.975。 1956年,國際權重與措施委員會的定義採用了1⁄31,556,925.9747的1⁄31,556,925.9747。 (SI)。

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 Second再次被重新定義為9,192,631,770個輻射的9,192,631,770個時期,該輻射是由Cesium -133原子發出的,在其兩個高度固態之間的過渡中, 。該值在10 10中同意1個部分,而天文學(埃弗默斯)則使用。在1750年至1892年之間,平均太陽日的平均太陽日也接近186,400

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毫秒,具體取決於平均時間。到1961年,平均太陽日已經比86 400 SI秒。因此,更改日期的時間標準精確86 400 SI秒,例如國際原子時間(TAI),將越來越在與平均太陽日(例如Universal Time (UT))相關的時間標準之前越來越高。

當1960年建立了協調的通用時間(UTC)標準時,基於原子鐘,人們認為有必要與UT保持一致,而UT一直是廣播時間服務的參考。從1960年到1971年, BIH的UTC原子鐘速率被BIH的純原子時間尺度所抵消,以保持與UT2同步,UT2被稱為“橡膠第二”。 UTC的速率是在每年年初決定的,並且從1960 - 1962年的原子時間零件偏移為-150零件10 10 ,在1962 - 63年為-130零件,每10 10個零件每10零件,- 150零件每10 10再次為1964 - 65年,1966 - 1971年為每10 10個零件。除了速率的變化外,偶爾需要0.1 s步驟(1963年之前0.05 s)。 MSFWWVCHU在其他時間站廣播了這一主要頻率轉移率。 1966年,CCIR批准了“踩踏原子時間”(SAT),該(SAT)以更頻繁的0.2 s調整來調整原子時間,以使其在UT2的0.1 s之內,因為它沒有速率調整。 SAT由WWVB和其他時間站播出。

1972年,引入了leap-second系統,以便將UTC秒設置為標準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。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正的SI秒。 1972年之後,兩個時鐘都在SI秒內滴答作響,因此其顯示器的顯示器在任何時候的差異為10秒,加上截至當時已應用於UTC的LEAP秒數;截至2023年5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
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
202300
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了國際局(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)。在UTC和UT1之間接近0.6 s,以使UTC和UT1之間的差異超過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2023年5月,所有這些都在6月30日或12月31日插入。 IERS在其“公告C”中每六個月發布一次公告。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30日上旬,在7月初為12月31日。某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個月插入了一次LEAP。但是,間距非常不規則,顯然增加了: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,但在1972 - 1979年八年中有9個LEAP秒。自從引入LEAP秒以來,1972年一直是有記錄以來最長的一年:366天和兩秒鐘。

Leap Days不同的是,在2月28日,23:59:59當地時間開始,UTC LEAP秒在全球範圍內同時發生。例如,在美國東部標準時間和2006年1月1日在2005年12月31日的2005年12月31日,UTC的第二次飛躍是2005年12月31日(6:59:60 pm) (AM)在日本標準時間

過程

當規定它時,在選定的UTC日曆日期的第二個23:59:59與下一個日期的第二個00:00:00之間插入了積極的第二個。 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愛,以及其他月份的最後一天作為第三個偏好。所有LEAP秒(截至2019年)定於6月30日或12月31日。額外的秒顯示在UTC時鐘上顯示為23:59:60。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。負面的第二次將壓制第二天的最後一天的第二個23:59:59,因此該日期的第二個23:59:58將立即下一個日期的第二個00:00:00。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,並且沒有引發負面的leap。

地球旋轉放緩

從基於SI的日長的偏差,由於行星旋轉更快而產生的天數較短。

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。

Stephenson和LV Morrison FR開發了一個太陽日長度變化的數學模型,該模型基於公元前700年至1623 CE時期的Eclipses的記錄,該期間是1623年的伸縮式伸縮觀察,直到1967年至1967年及其原子鐘。 。該模型顯示,平均太陽日的穩定增加增加了1.70毫秒(±0.05 ms),加上約4毫秒振幅的周期性轉移,週期約為1,500年。在過去的幾個世紀中,平均太陽日的延長速度約為每個世紀1.4毫秒,是周期成分的總和和整體速率的總和。

地球旋轉放緩的主要原因是潮汐摩擦,僅將一天延長到2.3毫秒/世紀。其他促成因素是地殼相對於其核心的運動,地幔對流的變化以及引起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矩,影響了由於角動量的保護而導致的旋轉速度。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到0.6 ms/Century, 2004年印度洋地震被認為將其縮短了2.68微秒。

但是,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。本節頂部的圖表明,在1972年,平均長度大約為86 400 .003秒,2016年大約86 400 .001秒,表明該時間段地球旋轉率的總體增加。在此期間插入了積極的leap秒,因為一天的平均長度仍然大於86 400 Si秒,不是因為地球旋轉速率的任何放緩。

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86 399 .999秒。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,其中一些可能會消除LEAP秒。

leap秒的未來

TAI和UT1時間尺度是精確定義的,前者是原子鐘(因此與地球旋轉​​無關),而後者則通過天文觀測(衡量實際的行星旋轉,因此是Greenwich Meridian的太陽時間)。 UTC(通常是基於民事時代的)是一個妥協,踏上原子秒,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,尤其是計算(見下文)是有問題的。隨著對自動化系統和高頻交易準確性的需求不斷提高,這引發了許多問題。因此,相關國際標準機構正在審查插入LEAP秒的長期實踐。

國際淘汰秒的建議

2005年7月5日,IERS的地球定向中心負責人向IERS公告C和D訂戶發出了通知,在ITU-R研究組7組WP7-A之前就美國提案徵求了評論,以消除UTC的LEAP秒2008年之前的廣播標準( ITU-R負責UTC的定義)。預計將在2005年11月考慮,但此後的討論已被推遲。根據該提案,LEAP在技術上將被LEAP小時數所取代,以便滿足幾個ITU-R成員國的法律要求,即在天文學上與太陽息息相關。

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。聖克魯斯分校的加利福尼亞大學史蒂夫·艾倫(Steve Allen)在一篇科學新聞文章中援引了對天文學家的巨大影響。他有一個廣泛的在線網站,專門介紹了LEAP秒的問題和歷史,其中包括有關該提案的一系列參考和反對該提案的論點。

在2014年國際無線電科學家聯盟(URSI)大會上,美國海軍天文台的時間服務首席科學家德米特里奧斯·馬特薩基斯(Demetrios Matsakis)提出了支持重新定義和反駁的推理。他強調了軟件程序員的實際無法實現的事實,即LEAP幾秒鐘使時間看起來倒退,尤其是當他們中的大多數人甚至不知道Leap Seconds存在時。提出了leap秒危害導航的可能性,以及觀察到的對商業的影響。

美國根據國家電信和信息管理局和聯邦通​​信委員會(FCC)的建議在此問題上提出了立場,該委員會徵求了公眾的評論。這個立場有利於重新定義。

2011年,北京全球應用和勘探中心的Chunhao Han說,中國尚未決定其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。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的第二名,漢與其他中國計時科學家在URSI大會上再次表達了對重新定義的類似支持。 2014年。

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,日本和大韓民國)也是如此。在這次會議上,布魯斯·沃靈頓(Bruce Warrington)(NMI,澳大利亞)和圖卡薩伊瓦瑪(Tsukasa Iwama)(日本紐約市)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。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。

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,已經有兩個不遵循LEAP秒的時間表,國際原子時間TAI )和全球定位系統(GPS)時間。例如,計算機可以使用這些計算機,並根據需要將其轉換為UTC或本地民用時間。便宜的GPS定時接收器很容易獲得,衛星廣播包括將GPS時​​間轉換為UTC的必要信息。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-95CDMA2000 。通常,計算機系統使用UTC並使用網絡時間協議(NTP)同步時鐘。無法忍受由LEAP秒造成的破壞的系統可以將其時間基於TAI並使用精確時間協議。但是,BIPM指出,這種時間尺度的擴散會導致混亂。

2007年9月,在德克薩斯州沃思堡的民用定位系統服務界面委員會舉行的第47屆會議上,宣布郵寄的投票將在停止LEAP幾秒鐘。投票計劃是:

  • 2008年4月: ITU工作組7A將提交ITU學習組7項目建議,以停止LEAP秒
  • 在2008年期間,研究組7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,即ITU-R的協調通用時間(UTC)研究的狀態,以準備2012年1月在日內瓦舉行的會議;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。 “
  • 2012年1月:ITU做出了決定。

在2012年1月,ITU決定將其推遲到2015年11月的世界放射性通信會議上,而不是根據本計劃決定是或否,而是決定繼續使用Leap Seconds,以待進一步的研究,這再次決定繼續使用LEAP秒。並在2023年的下一次會議上考慮。

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 Seconds描述為“ Hazard”導航”。

其支持者已經解決了對擬議變更的一些異議。例如,作為國際重量與措施局(BIPM)的時間,頻率和重量表部門的Felicitas Arias負責產生UTC可以將60 - 90年的年度與真正的太陽能時間和平均太陽能時間之間的16分鐘差異,通過使用日光時間的一小時抵消,而在某些地理上超大的時區中的幾個小時抵消了一小時的差異。

leap第二的擬議替代方案是leap小時或leap minute,每隔幾個世紀就需要一次變化一次。

2022年11月18日,舉行的權重和措施(CGPM)決心在2035年之前或之前消除LEAP秒。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“塗片”而沒有不連續。考慮俄羅斯要求將時間表擴展到2040年的2035年,選擇了淘汰秒數的秒數,因為與美國的全球導航衛星系統GPS不同,該系統與俄羅斯的系統,Glonass沒有調整時間, GLONASS的時間沒有調整其時間。 leap秒的時間。

通過插入(或刪除)LEAP秒造成的問題

時間差異和事件序列的計算

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秒的諮詢,每當宣布新的LEAP秒時,都需要更新。由於僅提前6個月就知道了LEAP秒,因此未來UTC日期的時間間隔無法計算。

缺少LEAP秒鐘公告

儘管BIPM提前6個月宣布了LEAP第二個leap,但大多數時間分配系統( SNTPIRIG-BPTP )最多提前12小時宣布LEAP秒數,有時甚至僅在最後一分鐘,有些甚至沒有( DNP 03)(DNP 03) 。

實施差異

並非所有時鐘都以相同的方式實施leap秒。在Unix時間內的LEAP秒通常是通過重複23:59:59或添加Time-Stamp 23:59:60來實現的。網絡時間協議(SNTP)在leap第二次凍結時間,某些時間服務器聲明“警報條件”。其他方案在leap秒附近塗抹時間,在更長的時間內傳播了第二個變化的第二個變化。這旨在避免及時的實質性(現代標準)的任何負面影響。這種方法導致了系統之間的差異,因為LEAP塗片不是標準化的,並且在實踐中使用了幾種不同的方案。

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,其二進制計數器表示自任意時期以來經過的秒數;例如,自1970-01-01-01 00:00:00在Posix機器中,或自1900-01-01-01 00:00:00以來。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,分配給了前面的計數器值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,下一個的計數器值00:00秒( 59-0-0序列)。由於沒有管理此序列的標準,因此在同一時間進行採樣的值的時間戳可能會有所不同。這可能解釋了依賴時間戳值的時間限度系統中的缺陷。

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:

  • 摩托羅拉的一些較舊版本的ONCORE VP,UT,GT和M12 GPS接收器的軟件錯誤將導致單個時間戳將在一天中停止一天的時間戳,如果不安排第二次LEAP 256週。 2003年11月28日,發生了這種情況。午夜時分,此固件的接收器報告了2003年11月29日,一秒鐘,然後恢復至2003年11月28日。
  • 較舊的Trimble GPS接收器有一個軟件缺陷,該漏洞將在GPS星座開始播放下一個LEAP第二插入時間(在實際LEAP第二個之前的幾個月之前)立即插入LEAP秒,而不是等待下一個LEAP第二次發生。這使接收器的時間休息了一秒鐘。
  • 較舊的Datum Tymeserve 2100 GPS接收器和Symmetricom Tymeserve 2100接收器在收到A LEAP第二通知後立即將LEAP第二秒,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,或者該設備已關閉,則該問題將再次發生。
  • 發現使用Beidou衛星數據的四個不同品牌的導航接收器提前一天實施了LEAP。這可以追溯到與Beidou協議在一周中的數量有關的錯誤。

幾家軟件供應商的分佈式軟件尚未適用於LEAP秒的概念:

  • NTP指定一個標誌,以告知接收器ape秒即將是臨近。但是,某些NTP服務器實現未能正確設置其LEAP第二個標誌。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。
  • 許多組織報告了2012年6月30日發生的LEAP之後由有缺陷的軟件引起的問題。在報告問題的網站中,有RedditApache Cassandra ), MozillaHadoop ), Qantas和Linux的各種站點。
  • 儘管宣傳了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。 Cisco Systems Nexus 5000系列操作系統NX-OS(版本5.0、5.1、5.2)的幾個較舊版本受LEAP第二個錯誤的影響。

一些企業和服務提供商受到Leap-Second相關軟件錯誤的影響:

  • 在2015年, TwitterInstagramPinterestNetflixAmazonApple的音樂流媒體系列擊敗1次,中斷發生了。
  • 據報導,Linux的Leap第二軟件錯誤影響了2015年澳洲航空和維珍澳大利亞州使用的Aletea航空保留系統。
  • CloudFlare受LEAP第二軟件錯誤的影響。在減去從GO編程語言中獲得的兩個時間戳時,其DNS解析器實現錯誤地計算了負數time.Now()功能,然後僅使用實時時鐘源。可以通過使用單調時鐘源來避免這種情況,從那以後,該源已添加到1.9。
  • 洲際交易所,家長為7個清算房屋和包括紐約證券交易所在內的11個證券交易所,在2015年6月30日時選擇停止運營61分鐘,LEAP第二。

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的影響。 GPS導航利用GPS時間,這不會受到LEAP的影響。

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。

leap第二個問題的解決方法

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以進行可讀文本。 UTC始終可以從TAI帶有合適的LEAP秒錶。電影與電視工程師協會(SMPTE)視頻/音頻行業標準體系選擇TAI用於推導媒體時間戳。 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TAI。

Google服務器沒有在一天結束時插入LEAP的第二次,而是實現了“ Leap Smear”,在24小時內略微延伸了幾秒鐘。亞馬遜遵循類似但略有不同的模式,用於引入2015年6月30日的leap第二,導致了另一個時間尺度擴散的情況。後來,他們發布了用於EC2實例的NTP服務,該服務執行了Leap塗抹。 UTC-SLS被提議為帶有線性飛躍塗抹的UTC版本,但它從未成為標準。

已經提出,使用實時傳輸協議的媒體客戶端抑制了LEAP第二和第二次使用NTP時間戳的生成或使用。

NIST已建立了一個特殊的NTP時間服務器,以交付UT1而不是UTC。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。那些天文學觀測值和其他需要UT1的用戶可能會脫離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。

也可以看看

  • 時鐘漂移,與另一個時鐘相比,時鐘獲得或損失時間的現象
  • 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
  • leap年,一年包含一個額外的一天或一個月