2024年3月27日,英国自然杂志发文称,气候变化或导致地球自转速度的减慢,并影响全球计时。
文章指出,近些年来,由于地核的变化,本来地球的自转速度是突然加快了的,有可能出现历史上的首次富润表。然而,全球变暖减慢了地球的自转速度,这或将导致富瑞秒的推迟出现,这是怎么回事呢?
富瑞秒的出现或推迟出现对我们又有什么影响呢?首先让我们来了解一下什么是闰秒,为何还分正负?目前我们有两种常用的计时系统,分别是基于地球自转的世界史和基于原子周期震荡的国际原子时。
由于地球自转的不均匀性,随着时间的推移,世界时与国际式原子时之间会出现时差,因此就有了协调世界时的概念。协调世界时采用国际原子时的秒长,并在时刻上进,要与世界时接近。
每当协调世界时与世界时的偏差的预测值将达到正-0.9秒时,就会给予协调世界时一个整秒的调整,这就是闰秒。将协调世界时增加一秒就是正闰秒。将协调世界时减少一秒就是负闰秒。
自1972年协调世界时的概念诞生以来,一共进行了27次闰秒,全部是正闰秒,负闰秒从来没有被采用过。这也就是说,在这52年间,地球的自转速度相对于国际原子时的速率一直是在减慢的,规律大概是三年两润。
但也有例外,例如从1998年到2005年这七年间只发生了一次闰秒,而从2017年至今,一次闰秒也没有发生过。也就是说,在这两个时期内,地球自转速度并没有出现持续减慢的趋势。
2. 全球变暖对地球自转的影响两极融冰是如何导致富瑞秒而推迟出现的呢?受潮汐等因素的影响,从长期的趋势来看,地球自转角速度是在不断减慢的,因此迄今为止,我们所经历的闰秒调整全部是正闰秒。
美国加州大学圣迭戈分校的地球物理学家郑肯阿根廷借助于卫星的观测数据,进一步分析研究了地球自转与地核运动之间的关系。
他指出,近些年来,液态地核的自转角速度一直在持续减慢,这就导致了地球的固态圈层的自转速度不断加快,受此效应影响,如果不考虑两极融冰的影响,人类将在2026年迎来历史上的首次福瑞秒调整。
如图所示,这是1972年至今52年间世界时与协调世界时之间的时差曲线。从图中可以看出,在长达半个世纪的时间跨度内,这条曲线一直呈现出向下发展的趋势。
每当接近于负的0.9秒时,国际地球自转与参考系服务组织就会启动闰秒调整。这52年间一共发生了27次闰秒,全部是正闰秒。然而从2020年的中期开始,这条曲线出现了趋势的逆转,并有可能在未来几年复发。
历史上的首次富瑞秒调整近些年来,由于格陵兰岛与南极冰盖的加速融化,导致了地球自转速度的减慢。这就像花样滑冰运动员,当他们将手臂举过头顶时,他们的旋转就会加快,而他们的手臂向身体两侧平伸时,他们的旋转就会慢下来,这也就是我们通常所说的角动量守恒。
受此效应的影响,阿格纽指出,人类历史上的首次富瑞秒调整有可能会推迟到2029年出现。
3. 闰秒的未来与全球计时系统的挑战最终,我们应该如何看待全球变暖与全球计时之间的关系,以及闰秒对我们的影响?
全球变暖导致两极冰盖加速融化,进一步促使地球的部分质量从两极向赤道地区迁移,这就直接导致了地球自转速度的进一步减慢,拉长了世界时的秒长,并最终影响到国际标准时间协调世界时当中闰秒的调整频率。
世界时是以地球自转运动为参考的时间尺度,是国家标准时间产生与保持的重要参量。世界十服务在手持卫星导航、深空探测、高精度天体测量等领域都是重要的基础服务。
近年来,国家授时中心建立了以VRBI观测系统、国际GNSS监测评估系统以及照相天顶望远镜为主要观测设备的世界时测量系统。目前已经具备了世界时自主测量与数据服务的能力,测量精度达到100微秒,可满足我国各项工作的需求。
鉴于闰秒会对所有需要连续计时的行业产生影响,例如通信、导航、网络,因此瑞秒的存费在国际上也引起了广泛的争议。每次与之相关的国际会议都会因为对于闰秒取消或保留所带来的优缺点的论据不足。以及闰秒取消后尚没有明确的安全过渡方案而无法达成一致意见。
2022年,第26届国际计量大会上再次讨论该议题,会议决定最迟不晚于2035年取消闰秒,并要求各方协商一致给出将协调世界时延长至少百年以上的技术方案。这或许就是润分。
同时会议也决定争取在2026年第28届国际计量大会上就此问题达成一致意见,并给出润苗取消后的技术过渡方案。
鉴于国家授时中心在世界时自主测量与服务方面已经取得的工作成果,到2035年闰苗取消与否都不会对我国的经济发展和国家安全带来任何影响。国际电信联盟也已经原则上同意了在2035年取消闰秒。在这之前,人类或迎来历史上的首次也是最后一次复睿秒,让我们拭目以待。