两种"秒"的定义

世界时（UT1）：基于地球自转的时间。1 秒 = 一个平太阳日的 1/86400。

国际原子时（TAI）：基于原子跃迁频率。1 秒 = 铯-133 原子特定跃迁的 9,192,631,770 个周期。

关键问题：地球自转不稳定。

为什么自转不稳定

地球自转在缓慢变化，原因包括：

  • 潮汐摩擦：月球和太阳引起的潮汐，持续消耗地球的自转动能，使自转长期变慢（约每世纪减慢约 1.7 毫秒/天）；
  • 地核与地幔的角动量交换；
  • 大气和海洋环流的季节性变化；
  • 冰川融化导致的地壳反弹（改变转动惯量）；
  • 大地震等事件也可能有微小影响（如 2011 年日本地震据估计使地球自转略微加快，使日长减少了约 1.8 微秒）。

结果：UT1 与 TAI 会逐渐分离。

协调世界时（UTC）

UTC 是国际上通用的时间标准，它：

  • 采用原子秒（长度与 TAI 相同）；
  • 但通过闰秒保持与 UT1 的偏差在 0.9 秒以内。

做法：当 UTC 与 UT1 的偏差接近 0.9 秒时，在 UTC 中插入（或理论上删除）1 秒。

插入的那一秒记在 6 月 30 日或 12 月 31 日的最后一刻：

23:59:59 → 23:59:60 → 00:00:00

正闰秒：地球转慢了，需要加一秒（迄今所有闰秒都是正闰秒）。

负闰秒：如果地球转快了，理论上需要减一秒——从未发生过。

历史

  • 1972 年引入闰秒机制；
  • 至今已插入 27 次正闰秒；
  • 最近一次是 2016 年 12 月 31 日。

注意：由于地球自转近年略有加快，2016 年后没有再插入闰秒。

为什么工程师不喜欢闰秒

一、软件系统的麻烦

闰秒打破了"一分钟 60 秒""一天 86400 秒"的假设，导致：

  • 时间戳计算错误；
  • 调度任务重复执行或跳过；
  • 数据库和分布式系统的时间同步问题。

历史上多次出现闰秒导致的服务故障（如 2012 年多个网站出现宕机）。

二、不同的处理方式

不同系统对闰秒的处理不一致：

  • 有些直接"重复"最后一秒（两个 23:59:59）；
  • 有些采用"闰秒 smear"（把这一秒摊薄到前后数小时内，每秒略长或略短一点）——Google 等公司采用这种方式；
  • 有些忽略闰秒（继续用 TAI 或 GPS 时间）。

GPS 时间就是一个例子：它不插入闰秒，因此与 UTC 之间有一个不断增长的整数秒差（截至近年约 18 秒）。

未来的方向

由于闰秒带来的技术麻烦，国际上对其存废有长期讨论。

2022 年，国际计量大会（CGPM）通过决议，建议到 2035 年之前取消闰秒，或至少将允许的偏差上限从 0.9 秒放宽（例如放宽到 1 分钟），从而大幅减少闰秒的频率。

这意味着未来 UTC 与地球自转的关联会进一步弱化——时间标准将主要由原子钟定义。

说明：本文为时间计量的知识整理。