Na świecie działa kilka równoległych skal czasu atomowego, które na pierwszy rzut oka pokazują niemal to samo, ale różnią się o całkowitą liczbę sekund. Najważniejsze z nich to TAI, UTC oraz czas GPS. Zrozumienie różnic między nimi jest ważne dla informatyków, geodetów, nawigatorów i wszystkich, którzy zastanawiają się, dlaczego urządzenia GPS czasem podają inną godzinę, niż wskazuje zegar.
TAI – Międzynarodowy Czas Atomowy
TAI (fr. Temps Atomique International) jest ciągłą skalą czasu, wyznaczaną przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag (BIPM) na podstawie danych z wielu zegarów atomowych na całym świecie. Kilkaset zegarów w kilkudziesięciu laboratoriach jest porównywanych, a ich wskazania są uśredniane i ważone. TAI biegnie bez żadnych przeskoków: ciągle równo, sekunda po sekundzie, od 1958 roku. Jest to najbardziej „czysta” skala czasu atomowego, ale nie ma bezpośredniego związku z dniem i nocą, bo nie uwzględnia nierówności obrotu Ziemi. O samej metodzie pomiaru piszemy w tekście czym jest czas atomowy i jak się go mierzy.
UTC – czas, którego używamy w życiu
UTC (czas uniwersalny koordynowany) ma taką samą sekundę jak TAI, ale jest od niego przesunięty o całkowitą liczbę sekund, tak aby nie oddalał się zbytnio od czasu wynikającego z obrotu Ziemi (UT1). Gdy różnica groziła przekroczeniem 0,9 sekundy, dodawano sekundę przestępną. Od 1972 roku wprowadzono ich 27, ostatnią 31 grudnia 2016 roku. W efekcie dziś TAI wyprzedza UTC o 37 sekund: 10 sekund przesunięcia na start w 1972 roku plus 27 sekund przestępnych. Szerzej o tym mechanizmie piszemy w artykule sekunda przestępna odchodzi do historii.
Czas GPS
System GPS ma własną skalę czasu, zwaną czasem GPS (GPST). Jest to ciągła skala oparta na zegarach atomowych w satelitach i na stacjach naziemnych, którą ustawiono tak, że 6 stycznia 1980 roku o północy zgadzała się z UTC. Od tej pory GPST nie uwzględnia sekund przestępnych, więc oddala się od UTC. Aktualnie czas GPS wyprzedza UTC o 18 sekund (po sekundach przestępnych z lat 1981–2016). Względem TAI różnica jest stała i wynosi dokładnie 19 sekund: TAI = GPST + 19 s.
Sygnał GPS zawiera w komunikacie nawigacyjnym informację o aktualnej różnicy GPS–UTC, więc odbiorniki potrafią przeliczyć czas na UTC i wyświetlić czas lokalny. Dlatego w telefonie czy nawigacji nie widzisz dziwnego przesunięcia o 18 sekund. Ale w danych surowych, na przykład w logach odbiornika GNSS, czas GPS występuje bez korekt, i trzeba o tym pamiętać.
Zestawienie
| Skala | Sekundy przestępne | Względem UTC (stan na 2026 r.) | Do czego służy |
|---|---|---|---|
| TAI | nie | TAI = UTC + 37 s | nauka, metrologia, odniesienie dla innych skal |
| UTC | tak (dotąd 27, od 2016 r. brak nowych) | – | czas cywilny, internet, strefy czasowe |
| Czas GPS | nie | GPST = UTC + 18 s | nawigacja satelitarna, synchronizacja sieci |
| UT1 | – | różni się od UTC o mniej niż 0,9 s | astronomia, orientacja Ziemi w przestrzeni |
Inne systemy nawigacyjne
Każdy duży system satelitarny ma własną skalę czasu:
- Galileo (Unia Europejska) – czas GST, zsynchronizowany z TAI z przesunięciem rzędu kilku nanosekund; nie uwzględnia sekund przestępnych,
- BeiDou (Chiny) – czas BDT, ciągły, wystartował 1 stycznia 2006 roku zgodnie z UTC; różnica względem GPS wynosi stałe 14 sekund,
- GLONASS (Rosja) – opiera się na rosyjskim wzorcu UTC(SU) z przesunięciem o trzy godziny (czas moskiewski) i uwzględnia sekundy przestępne.
Odbiorniki wielosystemowe muszą znać te przesunięcia i potrafią je automatycznie wyrównywać. Dla użytkownika to niewidoczne, ale w projektach geodezyjnych czy w astronomii wpływa na dokładność danych.
Dlaczego nie używamy po prostu TAI?
Pomysł, by całe życie cywilne oprzeć na ciągłej skali, jest atrakcyjny z punktu widzenia techniki: żadnych skoków, żadnych sekund 23:59:60. Problemem jest jednak rozbieżność z astronomią i obrotem Ziemi. Bez poprawek, po stuleciach południe słoneczne przesunęłoby się względem 12:00 zegarowego o minuty, a w odległej przyszłości o godziny. Dlatego dotychczas uznawano, że godzinę zegarową warto trzymać w pobliżu rzeczywistego dnia. Obecnie dyskusja idzie w stronę ograniczenia sekund przestępnych: w 2022 roku Generalna Konferencja Miar zdecydowała o zwiększeniu dopuszczalnej różnicy UT1–UTC, najpóźniej do 2035 roku, co praktycznie zatrzyma wprowadzanie sekund przestępnych na kilkadziesiąt lat. Nadal pozostaną one w historii czasu, więc urządzenia i oprogramowanie muszą je obsługiwać przy przeliczaniu dat z przeszłości.
Co to oznacza dla informatyków?
W systemach, w których liczy się precyzja, trzeba zdecydować, jakiej skali czasu używamy:
- w logach i bazach danych zwykle UTC, czyli czas zgodny z sieciowym NTP,
- w obliczeniach naukowych i symulacjach, w których najważniejsza jest ciągłość: TAI lub GPS,
- w odbiornikach GNSS: wyraźnie rozróżnianie czasu GPS od UTC.
Systemy uniksowe używają „czasu uniksowego”, który liczy sekundy od 1 stycznia 1970 roku i ignoruje sekundy przestępne, więc zdarzenia z sekundą przestępną są w nim „rozmyte” lub powtarzane. W razie wątpliwości warto przeczytać dokumentację używanego oprogramowania. Mechanizm synchronizacji z siecią opisujemy w tekście czym jest NTP.
Podsumowanie
Skrótowo: TAI to czysta ciągła skala atomowa, UTC to TAI z korektą dopasowaną do obrotu Ziemi (obecnie minus 37 sekund), a czas GPS to ciągła skala satelitarna, wyprzedzająca UTC o 18 sekund. Na co dzień wszystkie trzy zostają przez urządzenia przeliczone na godzinę lokalną, którą widzisz na zegarze. Aktualną godzinę w UTC i w Polsce sprawdzisz na stronie czas UTC, a źródła pomiaru czasu opisujemy w sekcji jak to działa. Serwis czasatomowy.pl jest informacyjny i nieoficjalny, a jego dane nie zastępują wzorców czasu publikowanych przez instytucje metrologiczne.