何？ ！地球の自転は遅くなりました。 5年後には1分は59秒になるのでしょうか？

最近、一部のメディアは、5年後の2029年には1分が59秒になる可能性があると報じました。

この主張は、カリフォルニア大学サンディエゴ校の科学者らによる研究から出たもので、ネイチャー誌に掲載された。

科学者たちは、地球温暖化により北極と南極の氷床が大規模に溶け、地球の形状が変化し、地球の自転が以前よりも速く遅くなっていることを発見しました。この変化は、5年以内にコンピューター通信や電気通信ネットワークの大規模な混乱など、世界的なタイミング危機を引き起こす可能性がある。

画像出典: ウェブサイトのスクリーンショット

実際のところ、この記述は正確ではありません。正しい記述は次のようになります。2029年には 1 分が 59 秒に短縮される可能性があり、氷床の融解によりこの日の到来が遅れています。

何が起こっているのか？なぜ1分が59秒に短縮できるのでしょうか?時間は決まっているんじゃないの？これは私たちの生活にどのような影響を与えるでしょうか?

当社のタイミングシステム

時間は均等に経過しているように見えますが、実際には数十年にわたって調整されており、数年ごとにうるう秒が挿入されています。この問題をよりよく理解するには、まずタイミング システムを理解する必要があります。

時間を決定するために、現在、次の 3 つの一般的な時間システムがあります。

地球の自転周期に基づく世界時（UT1）

地球が太陽の周りを公転する周期に基づく暦時間（ET）

原子時（国際原子時、フランス語：Temps Atomique International、TAI）は、原子内の電子のエネルギーレベルの遷移によって放出される電磁振動の周波数に基づいています。

世界時（UT1）は、地球が1回転する時間を1日として計算して決定される時間基準です。平均太陽に対する地球の角度に基づいて時間を区分します。世界時は、航海や天文学の分野だけでなく、天文測定や天体測地学においても重要な役割を果たします。

しかし、地球の自転速度は一定ではないため、世界時の安定性は、天文観測や全地球航法衛星システム（GNSS）など、極めて高精度な時間を求める現代の科学研究や技術応用のニーズを完全に満たすには不十分です。

より高い精度という実用的なニーズを満たすために、科学者たちは原子時間を導入しました。具体的には、原子時間は原子時計によって実現され、原子時計は原子内部の電磁振動の周期を利用して時間を測定しま す。この振動周期は非常に安定しています。

そのため、原子時は精度と安定性が非常に高く、極めて精密な時間基準を提供できるため、科学研究、ナビゲーションシステム、通信ネットワークなどの分野で広く使用されています。

セシウム原子時計 画像出典: Wikipedia

1967年、第13回国際度量衡会議は、秒の定義を天文秒から原子秒に変更し、セシウム133原子の擾乱のない基底状態の超微細エネルギー準位遷移に対応する放射線の9192631770サイクルの持続時間を1秒とすることを決定しました。つまり、セシウム133原子から放出される放射線の9192631770回の振動の持続時間が1秒に設定され、これをSI秒と呼びます。

この決定により原子時の公式な確立が示され、その後の時間測定システムの発展の基礎が築かれました。

特筆すべきは、わが国の標準時間の自主的な調整を実現するために、中国科学院国家時間サービスセンターの張首剛研究員に代表される科学者たちが、長い間西側に根を下ろし、孤独を覚悟し、10年以上にわたって重要な問題に取り組んできたことである。彼らは、非常に安定して継続的に動作する冷原子セシウム泉基準時計の開発に成功し、我が国の標準時と国際標準時の差を100ナノ秒から5ナノ秒以内に短縮しました。

中国科学院国立時間サービスセンターの宇宙ストロンチウム原子光時計研究室では、測定機器が関連する実験信号を示しています。写真提供：新華社記者 張博文

1分が59秒になるのはなぜですか?

地球の自転に基づく世界時は、常に国際標準時を生成するための重要なパラメータの 1 つでした。 1日は24時間、1時間60分、1分60秒に分かれています。世界時が宇宙背景に対する地球の自転角度を反映していることが重要です。

原子時の採用は時間を定義する非常に正確で不変的な方法ですが、同時に厄介な結果も伴います。原子時は、地球の自転によって定義される世界時と完全には一致しないのです。

原子時と世界時の違い。画像出典：参考文献[1]

何世紀にもわたって、時間測定の安定性は向上し続け、地球の自転速度が一定ではなく、それが原子時と世界時の間に差を生じさせていることがわかりました。

両方のニーズを考慮するために、協定世界時 (UTC) システムが導入されました。国際原子時と世界時刻の差が 0.9 秒に達すると、協定世界時 (UTC) を調整する必要があります。つまり、世界時刻にできるだけ近づけるために 1 秒を加算または減算します。これをうるう秒と呼びます (負のうるう秒の場合、最後の 1 分は 59 秒、正のうるう秒の場合、最後の 1 分は 61 秒です)。うるう秒が追加されたこの世界時刻は、協定世界時（世界標準時とも呼ばれる）であり、現在最も広く使用されている時間システムです。

1972 年に UTC が正式に使用されて以来、地球の自転が遅くなり、協定世界時に 27 のうるう秒が追加されましたが、これらはすべて正のうるう秒です。しかし、2020年半ば以降、地球の自転速度は加速傾向を示しています。

そのため、科学者たちは、原子時計の時間を地球の自転周期と同期させるために、人類が初めて1秒を減らして「負の閏秒」、つまり1分を59秒にする必要があるかもしれないと見積もっています。

地球の自転速度が一定ではないのはなぜですか?

千年単位のタイムスケールで、地球の自転速度の変化は 3 つの地球物理学的プロセスの影響を受けます。

まず、海水と海底の摩擦により、地球の自転の運動エネルギーが徐々に消費され、地球の自転速度が遅くなります。これがいわゆる潮汐効果です。

第二に、氷河期後の反動により、地球の形状が変化して平らになり、地球の慣性モーメントが変化して自転速度が低下します。これは、アイススケーターがスピン中に腕を横に伸ばして回転を遅くするのと似ています。

最後に、地球内部のいくつかのプロセス、つまり地磁気の変化やマントル対流など、核とその外層（マントルと地殻）間の相互作用と相互影響も、地球の自転速度の変化を引き起こす可能性があります。

NASAと国際地球自転・基準系サービス（IERS）のデータによれば、地球の自転は確かにゆっくりと減速している。研究によれば、地球の自転周期は1世紀ごとに約1.8ミリ秒ずつ増加しているそうです。この変化は小さいように見えるかもしれませんが、長い時間スケールで見るとその累積的な影響は非常に重要です。

たとえば、古代の天文学者が記録した日食の時間は、今日私たちが計算している時間とは大きく異なります。 2,500年前（春秋戦国時代頃）の日食の時刻は、現代の時計と比べて約4時間の誤差がありました。

当初、科学者たちは、これらの地球物理学的プロセスにより、地球の自転の減速により、2026年に最初の「負の閏秒」が到来すると予想していた。

しかし、衛星測定によれば、1986年以降、地球温暖化が進むにつれて、グリーンランドと南極の氷床は加速的に溶けている。この現象により海面上昇が加速し、地球の自転がさらに遅くなります。氷床の融解と海面上昇の二重の影響により、地球の慣性モーメントが増加し、自転が遅くなり、マイナスのうるう秒の到来が遅れます。

極地の氷が溶けて赤道に向かって移動し、地球の自転を遅くしています。画像出典：参考文献[3]

うるう秒はどのような影響を及ぼしますか?

うるう秒は通常、6月30日または12月31日の23時59分60秒（UTC）に実施されます。うるう秒の調整は日常生活に直接的な影響を与えることはほとんどなく、人々はうるう秒によってもたらされる変化を感じられないことがよくあります。

しかし、うるう秒は、コンピューター、金融、航空宇宙など、正確な時間同期に依存する技術システムやアプリケーション分野に重要な影響を及ぼします。

たとえば、うるう秒の追加または削除にはグローバル同期が必要であり、コンピュータ システムにおける時間管理に課題が生じます。

2012 年には、時刻同期エラーによるサーバー クラッシュにより、いくつかの大規模 Web サイトが短時間のサービス中断を経験しました。 2015年に再びうるう秒が訪れたとき、エンジニアたちは2012年に発生した問題のいくつかを修正しましたが、新たな問題も発見しました。たとえば、うるう秒が調整されるたびに、GNSS システムはタイミングの精度を確保するために時間データを更新する必要があります。適切なタイミングで調整を行わないと、ナビゲーション メッセージが不正確になる可能性があります。

1 秒を追加する従来のうるう秒とは異なり、前例のないマイナスのうるう秒は、正確な時間同期に依存する多くのシステムに新たな課題と不確実性をもたらします。コンピュータやネットワーク システム、金融システムなどは、正のうるう秒の追加を処理するように設計されていることがよくありますが、負のうるう秒の減算を処理する方法については十分に準備されていない可能性があります。科学者たちは、世界の技術システムの安定性と安全性を確保するため、マイナスのうるう秒の導入に向けて十分な準備をするために、あらゆる分野が協力するよう呼びかけている。

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うるう秒の本来の目的は、UTC を地球の自転時間 UT1 と同期させることですが、うるう秒の調整、特に潜在的な負のうるう秒によって、時間同期システムの複雑さが増しています。調整時間を数百年または数千年に延長するために、うるう分やうるう時間などのより大規模な修正を実施することを提案する人もいます。一方、修正を中止し、同時に世界時と国際原子時の差が拡大していることを公表すべきだと提案する人々もいる。

2022年の第27回国際度量衡会議では、遅くとも2035年までにうるう秒を廃止し、うるう分に置き換え、国際原子時と世界時の差を1分以内にすることを決定しました。そして、すべての関係者に交渉し、「協定世界時」を少なくとも100年間維持できる新しい計画を立てるよう求めた。

科学技術の発展に伴い、より正確な光時計やよりインテリジェントなネットワーク時間プロトコルなどの新しい時間同期技術が今後も登場し、うるう秒問題を解決する新しい方法が提供される可能性があります。

参考文献

[1] タベラ、パトリツィア、ジェリー X. ミトロヴィツァ。 「氷が溶けると、今のところ、うるう秒の問題は解決する。」 （2024年）。

[2]アグニュー、ダンカン・カー。 「地球温暖化により先送りされた地球規模の時間管理の問題。」ネイチャー628.8007（2024）：333-336。

[3] ギブニー、エリザベス。 「気候変動により地球の自転速度が遅くなり、私たちが時間を計る方法に影響を与える可能性があります。」ネイチャー628.8007（2024）：243-244。

企画・制作

著者: Denovo 物理化学の博士課程学生

レビュー |尹東山 中国科学院国家時間サービスセンター 研究員

企画丨王夢如

編集者：王夢如

校正：徐来林