Зачем нужны високосные секунды?
Простой ответ — для того-же, для чего нужно 29 февраля — чтобы Новый Год со временем не сместился на лето.
Но откуда они возникают? Ответ под катом.
Чтобы понять это, необходимо вспомнить, что измерение времени должно удовлетворять двум противоречивым требованиям:
1. Быть равномерным, то есть сутки зимой должны быть равны суткам летом, а секунда днем должна быть равна секунде ночью.
2. Время должно соответствовать природным циклам — зимой должно быть холодно, а летом тепло, днем светло, а ночью темно.
Возьмем для примера год и сутки. Как известно, год не содержит целого числа суток, поэтому, если постулировать, что год содержит 365 суток, то примерно за четыре года набежит ошибка в одни сутки. Если эту ошибку не учитывать, то Новый Год придется праздновать не зимой, а в другое время года. Для исключения этого явления, каждые четыре года вводят дополнительный день. Это так называемый Юлианский календарь. Он тоже не совсем точный, поэтому сейчас в большинстве стран используется Григорианский календарь, при котором также вводится один лишний день каждые четыре года за исключением тех лет, которые делятся нацело на сто и первые две цифры не делятся нацело на четыре. Не все перешли на Григорианский календарь, поэтому, например, в России существует такое диковинное событие как Старый Новый Год.
С сутками все достаточно просто, но откуда возникают високосные секунды?
Попробуем разобраться. Логично привязать сутки к смене дня и ночи и определять начало и конец суток по положению Солнца. Проблема в том, что Солнце движется по эклиптике неравномерно из-за эллиптичности земной орбиты. Поэтому вводят так называемое «среднее Солнце», которое двигается равномерно по небесному экватору. Чтобы рассчитать это среднее Солнце, необходимо привязать его к вращению Земли. Как известно, Земля делает один оборот вокруг своей оси примерно за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Это так называемые звездные сутки. Пересчитывая звездные сутки в наши обычные солнечные, можно измерять время очень точно, основываясь на стабильном вращении Земли. Разделив сутки на 24 часа, каждый час на 60 минут, а каждую минуту на 60 секунд, получим, что сутки содержат 86400 секунд. Это время называется UT1.
Так считалось примерно до конца 19 века, когда была создана очень точная теория движения Луны — теория Брауна-Хилла. Как и все теории в небесной механике эта теория использует так называемое эфемеридное время — равномерно текущее время, которое называется ET. На самом деле, как нас учит Общая Теория Относительности, не существует абсолютного времени и следует различать время, отнесенное к центру Земли TDT и время, отнесенное к барицентру нашей Солнечной системы TDB, но этой разницей в нашем случае можно пренебречь. Вернемся к теории Брауна-Хилла. Эта теория учитывала очень много различных параметров, таких, например, как несферичность Земли и влияние больших планет, однако ее предсказания немного расходились с наблюдениями. Поскольку устранить это расхождение не удавалось, было предположено, что дело не в теории, а в том, что Земля вращается неравномерно. Проверить это удалось только в середине двадцатого столетия с появлением очень точных атомных часов. Было выяснено, что вращение Земли замедляется, то есть длина суток увеличивается. Тут возникла проблема — сделать секунды разной продолжительности и оставить 86400 секунд в сутках или зафиксировать секунду и вводить дополнительную секунду, когда расхождение между атомными часами (время которых называется TAI) и наблюдениями будет около одной секунды. Выбрали второй вариант. Такое время, когда длина секунды всегда одинакова, но максимально близкое к нашему солнечному времени называется UTC.
Как же связаны между собой эти времена и кто за всем этим следит? Это специальная служба в Париже, сайт которой http://hpiers.obspm.fr/eop-pc. На этом сайте можно найти разницу UT1-UTC и количество високосных секунд (которые вводятся либо 31 декабря либо 30 июня, если разница UT1-UTC превышает половину секунды). Следует отметить два интересных момента. Во-первых, поведение вращения Земли в будущем неизвестно, поэтому разница UT1-UTC непредсказуема и может быть получена только из наблюдений. Во-вторых, при очень незначительных изменениях угловой скорости вращения Земли, високосные секунды могут набегать достаточно быстро, поскольку малое изменение угловой скорости умножается на время, то есть имеет место кумулятивный эффект.
© Megamozg
