闰秒的命运悬而未决
包括Meta在内的许多科技界大腕都在团结起来反对闰秒。一秒钟如何影响操作系统?2022年8月2日作者:Chantelle Dubois
Meta的研究科学家已经采取了反对闰秒的立场,并表示应该消除闰秒。
和闰日一样,闰秒是我们的时钟每隔一段时间就会增加一秒,以弥补地球自转带来的不精确性。与闰日不同,闰日每隔一段时间(每四年,日历年中会增加一天:2月29日),当国际地球自转和参考系统服务(IERS)决定有必要时,闰秒会被添加。
闰秒自1972年起适用于UTC。图片由Meta提供
虽然每隔几年增加或删除一秒对人类来说似乎是不可察觉的,但对于21世纪的计算机来说,增加闰秒是一个重大事件,需要仔细规划以减轻负面影响。
就一秒钟
目前,原子钟被认为是最精确的计时方法,它依赖于一种自然世界现象:铯-133的原子共振。
随着20世纪50年代原子钟的出现及其随着时间的推移的改进,秒的定义可以定义为铯-133原子的9192631770次振动。超过一亿年积累了大约一秒钟的误差。
咖啡豆大小的原子钟是下一代高精度计时设备。图片由Hummon/美国国家标准与技术研究所(NIST)提供
地球自转的不精确性
那么,如果原子钟如此精确,为什么首先要引入闰秒呢?
闰秒似乎是保持世界协调时(UTC)和观测太阳时(UT1)同步的问题。前者倾向于遵循国际原子时(IAT),后者遵循观测到的太阳从地球经过的时间。当前的IERS策略是UTC和UT1之间的时间漂移不大于0.9秒。
显示UTC和UT1之间的delta漂移的图表。图片由Wikimedia Commons提供
然而,如果我们试图将精度保持在秒的分辨率,那么太阳-地球系统往往是一种不精确的追踪时间的方法。地球的自转并不精确,而且会因各种自然事件而发生变化(即使只是轻微的变化):潮汐的涨落、地球形状的变形、山上或冰盖上的积雪和融化,以及地震等其他地质事件。
如果不偶尔引入闰秒,追踪时间和太阳位置之间的联系就会漂移,因此中午将不再是太阳在地平线上最高点的时刻。
引入了多少闰秒?
闰秒是在6月30日或12月31日23:59注射的。第一个闰秒于1972年6月30日推出,同年12月31日又推出了一个闰秒。
从那时起,27闰秒以非均匀的频率被引入。上一次出现闰秒是在2016年12月31日。
闰秒列表,其中第一列是自1900年1月1日以来的历元(以秒为单位),第二列是IAT和UTC之间的增量(以秒计),最后一列是闰秒的日期。图片由互联网工程特别工作组提供
当IERS确定是时候实现闰秒时,他们提前六个月宣布,让世界有机会做好准备。
涂抹与时间跳跃
在宣布即将到来的闰秒之后,受影响计算机系统的维护人员倾向于采取两种策略之一。
涂抹是指在很长一段时间内引入一个新的秒。在Meta的文章中,该公司解释说,它抹黑了17小时内的时间变化。这段时间内的秒数要么缩短,要么稍微延长,所以闰秒的结束与新时间同步。
演示Meta如何实现时间拖尾的图表。图片由Meta提供
另一方面,不连续的时间跳跃的功能与夏令时类似:一秒钟要么突然消失,要么似乎在23:59将时间设定在未来一秒钟或过去一秒钟。
闰秒的负面影响
上述两种策略都需要付出不小的努力来计划和减轻后果。例如,闰秒可能会在依赖准确时间戳来验证交易有效性的金融系统中造成重大问题。如果闰秒被引入为未来的不连续时间跳跃,或者如果涂抹时间和原子时间之间的增量太大,则该事务可能被视为无效。
在上一次引入闰秒期间发生的一些现实世界影响包括Reddit、Gawker和Mozilla的宕机。所有这些系统都通过Linux库和内核使用网络时间协议(NTP)服务器同步时间。
Meta特别指出了一种情况,即闰秒总是被假设为正:当一秒只被相加而不被减去时。在操作系统中测试计时库和内核时,普遍存在一种假设,即时间永远不会倒退。
虽然只添加了闰秒,但也有可能删除闰秒。由于闰秒的引入如此不定期,没有明确和统一的实施计划,而且只提前了六个月,因此很难仔细规划。
一系列延迟的决策
2005年,美国的一项提案首次建议取消闰秒。当时,IERS就国际电信联盟(ITU)关于实施闰时而不是闰秒的提议征求了意见,第一个闰时是在2600年引入的。这一变化将使闰时更加一致。
当决定是否接受该提案时,该决定被推迟。
上一次考虑取消闰秒的决定发生在2015年。再次,闰秒仍然存在,计划在2023年向国际电联和相关机构提交更详细的报告。这份2023年的报告将包括国际天文学联合会(IAU)、世界气象组织(WMO)、国际度量衡局(BIPM)和国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)等组织的研究。
团结起来反对闰秒
反对闰秒以及UTC和UT1同步的一个论点是,已经有其他时间标准没有同步。这包括IAT和GPS时间。作为一种替代方案,一些人建议根据应用程序使用不同的时间标准。例如,对于天文学,可以参考UT1而不是UTC。
在一个互联网络和计算机系统在我们日常生活中发挥关键作用的时代,支持和反对闰秒的论点似乎比以往任何时候都更重要。2023年,在下一届世界无线电通信大会上,消除闰秒的决定可能最终达到顶点。