從農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、水資源、自然災害到人類健康和經(jīng)濟發(fā)展等方面，氣候變化正在以不同的方式影響著我們的生活。但你有沒有想過，氣候變化還會影響時間的“快慢”？看到這你可能已經(jīng)滿臉疑惑：氣候變化與時間到底是如何聯(lián)系起來的？這看起來八竿子打不著呀？別急，且聽我一一道來。

“同步時鐘”與閏秒

首先我們來聊聊時間到底是怎么定義的。

目前，世界上有兩種常用的計時系統(tǒng) —— 基于地球自轉(zhuǎn)的世界時（UT, Universal Time）和基于原子振蕩周期的國際原子時（TAI, Temps Atomique International）。UT 的精度會受到地球自轉(zhuǎn)不均勻變化和極軸的影響，TAI 則是基于原子鐘的時間系統(tǒng)，具有極高的精度和穩(wěn)定性。

那么，假設我們直接以國際原子時（TAI）為時間標準，會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？

因為原子時非常穩(wěn)定，但世界時會隨著地球自轉(zhuǎn)減慢而變得越來越慢，就會出現(xiàn)以下現(xiàn)象：原子時走得快，世界時走得慢，時間越久，兩者差距越大。幾百年后，當世界時為正午 12 點時，原子時可能已經(jīng)走到下午兩點。幾千年后，正午太陽高照的時刻，原子時可能已經(jīng)走到晚上 20 點....... 這太顛覆我們的生活認知了，人類早已習慣了基于天文測算的時間標準，肯定不能直接被原子時取代。但是，我們又需要原子時這種高度穩(wěn)定的計時標準，這該怎么辦呢？

科學家們又開始思考，終于想到了一個互相兼容的解決方案。既然兩套時間標準都很重要，那就都保留下來，然后我們再建立一套基于原子時 + 世界時協(xié)調(diào)所得的新的時間標準，這就是我們常見的協(xié)調(diào)世界時（UTC, Universal Time Coordinated）。

UTC 以原子時為基準，走的每一秒都是穩(wěn)定、精確的，同時，為了兼顧反映地球自轉(zhuǎn)變化的世界時，人類則持續(xù)觀測世界時（UT）與原子時的差距。如果發(fā)現(xiàn)兩者相差過大，我們就人為地調(diào)整一下這個時鐘，保證兩者相差不超過 ±0.9 秒。

比如，當?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)變慢，導致 UT 比 UTC 慢，就給 UTC 這個時鐘加一秒，讓其在 23:59:59 的下一秒變?yōu)?23:59:60，相當于讓快的時鐘稍微等一下走得慢的世界時；反之，如果地球自轉(zhuǎn)變快，導致 UT 比 UTC 快，就會給 UTC 這個時鐘減一秒。

而增減的這一秒，科學家把它定義為閏秒。閏秒的加減通常是由位于巴黎的國際地球自轉(zhuǎn)事務中央局（IERS）決定的，一般在每年的 6 月 30 日或 12 月 31 日的最后一秒進行調(diào)整。迄今，全球已進行 27 次的閏秒調(diào)整，均為正閏秒，負閏秒從未被使用過。最近一次閏秒出現(xiàn)在北京時間 2017 年 1 月 1 日 7:59:59 秒之后，即時鐘顯示為 07:59:60。

氣候變化影響地球自轉(zhuǎn)速度，從而使得首個負閏秒調(diào)整推遲

知道了人類校正時間的原理，你應該能大概理解我們的計時方式是會受到地球自轉(zhuǎn)等天文現(xiàn)象的影響。而地球自轉(zhuǎn)又會受到氣候變化的影響，比如地球表面的質(zhì)量分布的改變、轉(zhuǎn)動慣量的增加、大氣運動以及地軸位置和穩(wěn)定性的改變等都會影響地球自轉(zhuǎn)速度。

盡管從百萬年尺度來看，地球自轉(zhuǎn)速度會因月球引力而變慢，這意味著有時協(xié)調(diào)世界時（UTC）的一分鐘需要 61 秒長，才能讓地球趕上。但在較短的時間尺度上，地球物理現(xiàn)象如地球液態(tài)內(nèi)核中電流會使得自轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生波動。自 20 世紀 70 年代以來，這些電流導致地殼的旋轉(zhuǎn)速度加快，這意味著增加閏秒的頻率會降低，如果這種趨勢持續(xù)下去，則需要在 UTC 中采用負閏秒，也就是說 UTC 只需要慢一拍來等待地球，而不是跳到前面去追趕它（Agnew 使用數(shù)學模型梳理了已知的地球物理現(xiàn)象對自轉(zhuǎn)的影響，并預測它們對未來閏秒的影響）。

2020 年地球自轉(zhuǎn)一周的時間變化。4 月 8 日，是有記錄以來最長的一天；7 月 19 日是有記錄以來最短的一天。2020 年 7 月 19 日，這一天比整整 24 小時短了 1.4602 毫秒，這是有記錄以來最短的一天。

但負閏秒發(fā)生的時間似乎被氣候變化按下減速鍵。衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，自 20 世紀 90 年代初以來，由于格陵蘭島和南極洲的冰融化，大量物質(zhì)從兩極向赤道移動，地球變得越來越扁平。如同旋轉(zhuǎn)的滑冰運動員把手臂向外伸展時會減速、把手臂收回時會加速一樣，遠離地球自轉(zhuǎn)軸（即向赤道方向移動）的水流會增加地球的轉(zhuǎn)動慣量，為了保持總的角動量不變，地球的旋轉(zhuǎn)速度（角速度）則必須減小。由此看來，這種地球表面的質(zhì)量重新分布以及海平面的上升都可能會導致地球的自轉(zhuǎn)速度變慢。

地核流動和氣候變化的最終結(jié)果仍然是地球自轉(zhuǎn)加速，但全球變暖使得調(diào)整歷史上首個負閏秒的時間從 2026 年推遲到 2029 年。

氣候變化挑戰(zhàn)時間記錄：如何應對 1 秒鐘的缺失？

盡管 1 秒鐘的增減在人們的日常生活中無從體現(xiàn)出差別，但在一個越來越依賴精確計時的社會中，這細微的 1 秒會導致計算系統(tǒng)、電力、衛(wèi)星和通信設備出現(xiàn)重大故障，一個前所未有的負閏秒（即減去 1 秒）可能會更糟，因為現(xiàn)有的計算機代碼都沒有考慮到這一點。

而在 2022 年的第 27 屆國際計量大會上，與會代表通過決議，決定最遲不晚于 2035 年不再引入閏秒。如果沒有閏秒進行修正，時間的計算將會失去精確性，誤差的累積將影響全球范圍內(nèi)的導航、天文計算、通訊和科學實驗等。

如何應對 1 秒鐘的缺失？未來時間計量學家們能否找到比閏秒更好的方法來協(xié)調(diào) UTC 和 UT？如何在日益加劇的氣候變化下維持精確的時間記錄和計算系統(tǒng)穩(wěn)定性？這些我們還不得而知。但不論如何，作為時間的“補丁”，閏秒已然在時間計量史上留下濃墨重彩的一筆。

這個發(fā)現(xiàn)也再次提醒我們，氣候變化的影響是全方位的。它不僅會影響我們的環(huán)境和氣候，還會對我們的時間記錄方式提出新的挑戰(zhàn)。因此，我們需要更加關注氣候變化，采取行動保護我們的地球家園。

參考文獻

• Agnew D C. A global timekeeping problem postponed by global warming[J]. Nature, 2024, 628(8007): 333-336.

本文來自微信公眾號：微信公眾號（ID：null），作者：知行

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