Что такое високосная секунда и при чем здесь телеком

Пришло время отказаться от високосной секунды. В прошлом месяце во французском Версале состоялась конференция под эгидой Международного бюро мер и весов (BIPM). Эта организация отвечает за учет времени во всем мире. Так вот на прошедшей конференции ученые и представители правительств почти единогласно решили отменить високосную секунду. Об этом сообщило агентство France Presse.

Но что такое високосная секунда вообще? И почему BIPM решил от нее отказаться? И при чем здесь технологии и телекоммуникации?

Что такое високосная секунда

Вращение Земли вокруг своей оси и ее вращение по орбите вокруг Солнца длится чуть больше одного дня и года соответственно. И это дополнительное время, которое остается «за рамками», в конце концов фиксируется дополнительно календарями и часами один раз в несколько лет.

Например, Земле требуется примерно 365 дней и 6 часов, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца, но стандартный год составляет всего 365 дней. Поэтому каждый четвертый год в конце февраля в календарь добавляется один дополнительный день. Это делается для компенсации дополнительных часов, которые накопились за три года и текущий год. Суммарно они составляют один день. Такой год называется високосным, а 29 февраля – високосным днем.

Високосная секунда (известная также как секунда координации), как и високосный год, была введена для компенсации некоторого дополнительного времени, которое остается за рамками наших стандартизированных методов учета времени. Время вращения Земли вокруг своей оси изменяется. И это означает, что продолжительность одних суток может быть немного меньше 24 часов, а других, наоборот, может длиться немногим дольше. В среднем, с учетом этой разницы между отдельными днями, можно сказать, что продолжительность суток составляет 24 часа и несколько миллисекунд.

Каждые несколько лет из этих миллисекунд набирается одна полноценная секунда. И эту дополнительную секунду – которую записывают на часах как 23:59:60 и встречающуюся перед переходом ко времени 00:00:00 – принято называть високосной секундой, или секундой координации.

Но зачем нужно вести учет этой дополнительной секунды? Одним из ответов может стать объяснение различий, свойственных нашим методам учета времени.

Как ведется учет времени

Исторически так сложилось, что одними сутками принято считать интервал между двумя последовательными полдниками – временем дня, когда солнце в конкретной локации расположено прямо над вашей головой. Сегодня этот временной промежуток принято называть истинными солнечными сутками, поскольку он исчисляется на основе видимого положения солнца на небе. Продолжительность истинных солнечных суток меняется в течение года в зависимости от времени года. В некоторые месяцы истинные солнечные сутки могут выходить за пределы 24 часов на несколько секунд. Тогда как в другие – она может быть менее 24 часов. С целью стандартизации для определения местного времени в наших часах используется приблизительный учет истинного солнечного времени, известный как среднее солнечное время.

В мировом масштабе учет местного времени ведется относительно величины, известной как всемирное координированное время (UTC).

Всемирное координированное время, лежащее в пределах одной секунды среднего солнечного времени на нулевом градусе долготы (Среднее время по Гринвичу), поддерживается BIPM и соответствует стандарту 365-дневного года, 24-часового дня и 60-минутного часа. Минута обычно состоит из 60 секунд, но иногда может содержать 59 или 61 – в зависимости от случайного добавления високосной секунды. Текущая итерация UTC происходит от величины, известной как Международное атомное время (TAI), которая введена для большей точности и очень близка к среднему солнечному времени.

Международное атомное время является одной из наиболее точных и четких систем измерения времени. Это средневзвешенное время, которое учитывают атомные часы по всему миру. Эти часы используют для определения времени частоту атомов.

Високосная секунда и телекоммуникации

Средние солнечные сутки на несколько миллисекунд длиннее стандартных суток, принятых в системе учета времени UTC. И именно поэтому страны мира были вынуждены вводить время от времени високосную секунду для совокупного учета этих пропущенных миллисекунд. Однако добавление этой секунды координации, особенно в условиях современного цифрового мира, породило ряд новых проблем.

Основной проблемой, к которой приводит добавление этой секунды координации, является сбой в работе системы предоставления технологических услуг по всему миру. Телекоммуникации, спутниковая навигация и финансовые транзакции – все это может пострадать из-за добавления високосной секунды. Ведь об этом обычно объявляют всего за 6 месяцев, что часто оставляет разным организациям слишком мало времени на включение дополнительной секунды в свое программное обеспечение.

«Представители организаций, работающих в сфере телекоммуникационной связи и финансовых групп утверждают, что постоянное добавление високосных секунд повышает риск возникновения ошибок, – отметил десять лет назад научный редактор The Guardian Робин Маккай в рамках длительной дискуссии о целесообразности использования високосной секунды. – Денежные транзакции, движение которых выверено секундами, могут просто потеряться, а транспортные средства могут переместиться на расстояние десятков метров, если их движение измеряется секундами».

В 2012 году добавление високосной секунды привело к сбоям в работе компьютерных сетей по всему миру, нарушив работу таких сайтов, как Mozilla, Reddit и LinkedIn. В Австралии путаница, возникшая спустя високосную секунду, привела к тому, что около 400 самолетов компании Quantas были вынуждены срочно совершить посадку.

Кроме технологических последствий, вызванных добавлением високосной секунды, существует еще одна проблема. В настоящее время наблюдается увеличение скорости вращения Земли вокруг своей оси по сравнению с прошлыми годами. Поэтому продолжительность одних суток в среднем на 0.5 секунды меньше 24 часов. Если эта тенденция сохранится и дальше, то добавление високосной секунды станет лишним. Фактически, это может даже привести к введению, так сказать, отрицательной високосной секунды. Как отметил в интервью изданию The Telegraph старший научный сотрудник Национальной физической лаборатории Великобритании Питер Уибберли, также не исключено, что потребность введения отрицательной високосной секунды может подтолкнуть нас к решению о прекращении практики добавления високосных секунд навсегда.

Учитывая все эти соображения, собравшиеся на конференции в Париже ученые решили прекратить практику добавления високосной секунды уже с 2035 года.

Что происходит сейчас

Между тем, ученые еще не определились с тем, чем можно заменить високосную секунду. Джуда Левин, физик из Национального института стандартов и технологий США, рассказал изданию The Guardian о некоторых возможных альтернативах. Все они могут появиться после прекращения практики добавления високосных секунд.

«Окончательное решение еще придется немного подождать. Система UTC будет оставаться такой, какая она есть, поскольку это время руководится усилиями всемирного сообщества через BIPM», – сказал он.

Левин предположил, что одним из возможных способов замены високосной секунды может стать решение накапливать большее значение несоответствия между вращением Земли и атомным временем. А затем корректировать эту ситуацию через введение дополнительной минуты каждые 50-100 лет, что должно уменьшить регулярную путаницу и минимизировать количество сбоев.

Фото: Mashable, VMware Arena