Przez ponad pół wieku czas na całym świecie dostosowywano do obrotu Ziemi, dodając od czasu do czasu jedną dodatkową sekundę. W 2022 roku międzynarodowe gremia metrologiczne zdecydowały, że ta praktyka zostanie zawieszona. Dla większości ludzi sekunda przestępna była niewidoczna, ale dla informatyków, operatorów sieci i astronomów to jeden z bardziej kłopotliwych wynalazków w historii czasu.
Po co była sekunda przestępna?
Od 1967 roku sekunda jest definiowana przez zegar atomowy, a nie przez obrót Ziemi. Zegar atomowy odmierza sekundy równo i niezależnie od tego, co dzieje się z planetą. Obrót Ziemi natomiast nie jest idealnie równy: spowalnia go tarcie pływowe wywołane przez Księżyc, a krótkoterminowe wahania wywołują ruchy w jądrze, płaszczu, oceanach i atmosferze. Po kilku latach „zegar Ziemi” i zegar atomowy zaczynają się rozjeżdżać.
Aby czas cywilny pozostawał w zgodzie z dniem i nocą, w 1972 roku wprowadzono skalę UTC, czyli czas uniwersalny koordynowany. Ma ona taką samą sekundę jak czas atomowy, ale jest okresowo korygowana: gdy różnica między UTC a czasem wynikającym z obrotu Ziemi (UT1) groziła przekroczeniem 0,9 sekundy, dodawano do UTC jedną sekundę. Dodatkowa sekunda pojawiała się na końcu czerwca lub grudnia (rzadziej w marcu lub wrześniu) i oznaczała, że w ostatniej minucie dnia było 61 sekund: po 23:59:59 następowało 23:59:60, a dopiero potem 0:00:00. O różnicy między skalami czasu piszemy w tekście czas GPS, UTC i TAI.
Ile ich było?
Od 1972 roku do końca 2016 roku wprowadzono łącznie 27 sekund przestępnych, wszystkie dodatnie, czyli dodające sekundę. Ostatnia pojawiła się 31 grudnia 2016 roku. Od tamtej pory nie dodano żadnej. Po uwzględnieniu początkowych 10 sekund różnicy w momencie startu skali w 1972 roku daje to, że czas atomowy TAI wyprzedza dziś UTC o 37 sekund. Sekundy przestępne dodawano w nieregularnych odstępach, bo tempo obrotu Ziemi zmienia się w sposób trudny do przewidzenia. Ich ogłaszaniem zajmuje się Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS), która zwykle informuje o nich z kilkumiesięcznym wyprzedzeniem.
Teoretycznie możliwa jest także ujemna sekunda przestępna, polegająca na pominięciu jednej sekundy. Nigdy jej nie zastosowano. W ostatnich latach Ziemia czasami kręciła się odrobinę szybciej, niż wynikało z długoterminowego trendu, a w czerwcu 2022 roku zanotowano rekordowo krótką dobę. To wywołało obawy, że w przyszłości trzeba będzie wprowadzić sekundę ujemną, czego żaden system informatyczny nie był dobrze przygotowany obsłużyć.
Dlaczego to był problem?
Sekunda przestępna jest łatwa do opisania, ale trudna do zaimplementowania. Większość oprogramowania zakłada, że minuta ma 60 sekund i że czas jedynie rośnie. W momencie wstawienia sekundy zegary muszą zachować się w nietypowy sposób: albo powtórzyć jedną sekundę, albo pokazać nieprawidłowe 23:59:60. Wiele systemów tego nie przewidywało, co prowadziło do awarii:
- w 2012 roku po sekundzie przestępnej część serwerów z systemem Linux zaczęła zużywać pełną moc procesora, co doprowadziło do przejściowych awarii kilku popularnych serwisów internetowych,
- po sekundzie przestępnej z końca 2016 roku firma Cloudflare opisała awarię swoich usług DNS, spowodowaną błędem w obsłudze czasu przy przejściu przez tę sekundę,
- duże firmy chmurowe zaczęły stosować technikę „leap smear”, polegającą na rozłożeniu dodatkowej sekundy na kilka godzin: zegary zwalniają odrobinę, aż nadrobią różnicę, zamiast wykonywać skok.
Ponieważ różne systemy obchodziły się z sekundą na różne sposoby, w momencie jej wstawiania serwery w tej samej sieci mogły mieć nieco inne czasy. Dla transakcji finansowych, systemów rozproszonych i telekomunikacji to poważne ryzyko. Synchronizację czasu między urządzeniami wyjaśniamy w artykule czym jest NTP i jak komputery synchronizują czas.
Decyzja z 2022 roku
W listopadzie 2022 roku na Generalnej Konferencji Miar w Wersalu państwa członkowskie Konwencji Metrycznej przyjęły rezolucję, zgodnie z którą dopuszczalna różnica między UT1 a UTC zostanie zwiększona w nieokreślonym horyzoncie czasowym, najpóźniej do 2035 roku. W praktyce oznacza to, że sekundy przestępne przestaną być dodawane. Różnica między czasem atomowym a obrotem Ziemi będzie mogła narastać do wartości dużo większych niż 0,9 sekundy, a dopiero po wielu dziesięcioleciach, być może w następnym stuleciu, zostanie wypracowany nowy mechanizm korekty, prawdopodobnie wprowadzający rzadsze, ale większe poprawki.
Za zmianą opowiadały się między innymi instytucje zajmujące się metrologią i duże firmy technologiczne. Pojawiały się też obiekcje: astronomowie, którzy opierają obserwacje na obrocie Ziemi, oraz niektóre systemy, na przykład część nawigacji satelitarnej i telekomunikacji, potrzebują odnośnika do UT1. Kompromisem jest to, że informacja o aktualnej różnicy między UT1 a UTC będzie nadal publikowana, więc użytkownicy specjalistyczni mogą ją uwzględniać.
Co to oznacza dla zwykłego użytkownika?
Prawie nic. Zegarki, telefony i komputery nadal będą pokazywać UTC i czas lokalny. Różnica będzie widoczna dopiero w skali dziesięcioleci: południe słoneczne będzie się powoli przesuwać względem 12:00. Zegar będzie wskazywał 12:00:00, gdy Słońce przejdzie przez południk z coraz większym przesunięciem, najpierw rzędu sekund, a po wielu latach kilkudziesięciu sekund. Dla codziennego życia jest to nieistotne, tak jak nie ma znaczenia, że w ciągu roku prawdziwe południe słoneczne przesuwa się względem zegarka nawet o kilkanaście minut. Więcej o relacji doby do zegara piszemy w tekście ile trwa doba i rok.
Pozostanie natomiast potrzeba obsługi przeszłych sekund przestępnych: każda aplikacja przeliczająca daty historyczne na czas atomowy musi wiedzieć, że 27 takich sekund występuje w historii. Ta wiedza przechowywana jest w tabelach publikowanych przez IERS oraz w standardowych bibliotekach czasu.
Sekunda przestępna a rok przestępny
Choć nazwy brzmią podobnie, to dwie różne rzeczy. Rok przestępny z 29 lutego to poprawka kalendarza względem obiegu Ziemi wokół Słońca i pozostaje w mocy bez zmian. Sekunda przestępna to poprawka czasu zegarowego względem obrotu Ziemi wokół własnej osi i jest wycofywana. Obie mają zbliżony cel, czyli dopasowanie ludzkich konwencji do nieregularności natury.
Gdzie obserwować czas „na żywo”?
Nasz serwis wyświetla aktualny czas w Polsce i w kilkudziesięciu miastach świata na stronie głównej, a skalę UTC na stronie czas UTC. Sekundy przestępne nie mają wpływu na codzienne odczyty, ponieważ od 2017 roku nie pojawiła się żadna nowa. Sam mechanizm działania serwisu opisujemy w sekcji jak to działa. Serwis ma charakter informacyjny i jest nieoficjalny.