一分钟到底等于多少秒

作者: 骆宏悌

一分钟等于六十秒,这是一个小学一年级学生都能回答的问题。但是,在天文历法中,这个问题就不是这么简单了。例如,1995年由于多种原因地球的自转慢了一秒,这样,一九九六年就推迟了一秒钟来到人间,而1995年12月31日的最后一分钟就要增加一秒,即不是六十秒,而是六十一秒,这种现象在历法中叫做“闰秒”。它与公历的“闰年”,农历的“闰月”相似。

为什么要有闰秒?闰秒的作用何在?为了回答这个问题,就得说明一下在天文学中是怎样测量和确定时间的。有一种计量时间的方法是依据地球的自转而确定的,这样得到的时间叫做平太阳时。在通常情况下,我们认为地球自转速度是相当均匀的。地球自转一周,太阳东升西落一次,由第一天中午到第二天中午这段时间就是一天,用天文学方法进行精确测量得到的这段时间间隔称为平太阳日。把一平太阳日分为二十四小时,每小时定为六十分,每分定为六十秒,这样得到的时间称为平太阳时。我们日常生产和生活中使用的时间就是这种平太阳时,在英国格林尼治地方测定的平太阳时叫做世界时(UT)。1960年以前,世界时曾作为基本的时间系统广泛应用于各个领域。

随着科学技术的发展,时间计量要求愈来愈精确。例如飞机、船舶的定位和导航,人造卫星、导弹的发射和跟踪,以及天文大地测量等都要求非常准确的时间。时间上若有分秒之误,就会“失之毫厘,差之千里”。于是,促使人们去研究更精确的计量时间方法。五十年代以后诞生的原子钟就是根据原子内部发出的电磁波频率极为稳定的原理而制作的一种精密计时仪器。原子是由带正电的原子核和带负电的电子构成,电子围绕原子核旋转,对应着不同级的能量。当电子从一个能级运动到另一个能级,即通常说的在两个能级之间跃迁时,会辐射电磁波。这种电磁波的振荡频率十分稳定,用来控制钟的走动,便会得到非常精确的时间。如铯原子钟计时的精确度,竟达到一天内只有百万分之一秒的误差。因此,1967年召开的第十三届国际计量大会上正式规定了新的时间秒单位。把铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所对应辐射9, 192, 631,770个周期所持续的时间规定为一秒,并把这种原子秒作为国际单位制的时间单位。由此得出的一套时间计量系统称为原子时(AT)。

原子时的起点是从世界时1958年1月1日0时开始的,即规定在这一瞬间原子时与世界时重合。但是,种种原因使地球自转并非绝对均匀。比如说,地球上的潮汐高峰自东向西推进,与地球自转反其道而行之,使地球受到潮汐摩擦,自转减慢,造成平太阳日的长度平均每百年增长0.0016秒。另外还有季节变化及一些无法预测的地球内部物质运动和星球间的相互作用等原因也引起地球自转非均匀性,总的影响是使地球自转速度减慢,引起世界时的秒变长。目前世界时的秒已比原子时的秒约长3X10-8秒,一年积累下来的误差可以达到1秒左右,世界时与原子时不能同步。鉴于两种时间各有长处,彼此不可互相代替,人们对两者都需加以利用。但为了克服世界时秒变长带来的影响,国际上又确定了一种折衷的计时办法,其计量的时间称为协调世界时(UTC),并规定于1972年1月1日起开始实行。协调世界时,就是两种时间系统加以人为的“协调”,使原子时和世界时尽量的接近。世界时由于秒长变长,经过一段时间积累比原子时慢零点九秒以上时(即计数比原子时少零点九秒以上时),用“闰秒”的办法加以协调。一般把闰秒安排在一年中的六月三十日或十二月三十一日的最后一分钟。闰秒时,当天的最后一分钟就不再是六十秒,而是六十一秒,第二天要迟一秒钟来到。若世界时比原子时快零点九秒以上,闰秒时,最后一分钟应为五十九秒,如1978年,1995年闰秒安排在12月31日,1982年,1992年闰秒安排在6月30日。每过若干年就有一次闰秒,至于在什么具体时间,则由国际时间局预先通知各国的授时部门。