Всемирное координированное время или UTC — это основной стандарт времени , по которому мир регулирует часы и время. Оно находится примерно в пределах одной секунды от среднего солнечного времени (например, UT1 ) на долготе 0° (на эталонном меридиане IERS в качестве текущего нулевого меридиана ) и не корректируется на летнее время . Фактически это преемник среднего времени по Гринвичу (GMT).
Координация передачи времени и частоты по всему миру началась 1 января 1960 года. UTC был впервые официально принят как Рекомендация CCIR 374 « Стандартная частота и излучение сигналов времени» в 1963 году, но официальное сокращение UTC и официальное английское название Всемирное координированное время (вместе с французским эквивалентом) не было принято до 1967 года. [1]
Система корректировалась несколько раз, включая короткий период, в течение которого радиосигналы координации времени транслировали как UTC, так и пошаговое атомное время (SAT), прежде чем новое UTC было принято в 1970 году и введено в действие в 1972 году. Это изменение также приняло дополнительные секунды для упростить будущие корректировки. В этой Рекомендации CCIR 460 «устанавливается, что (a) несущие частоты и временные интервалы должны поддерживаться постоянными и соответствовать определению секунды SI ; (b) шаг корректировок, когда это необходимо, должен составлять ровно 1 с для поддержания приблизительного согласия с Универсальным стандартом. время (UT); и (c) стандартные сигналы должны содержать информацию о разнице между UTC и UT». [2]
Генеральная конференция по мерам и весам приняла резолюцию об изменении UTC на новую систему, которая устранит дополнительные секунды к 2035 году. [3]
Текущая версия UTC определяется Рекомендацией Международного союза электросвязи (ITU-R TF.460-6) « Выбросы стандартных частот и сигналов времени» [4] и основана на Международном атомном времени (TAI) с добавлением дополнительных секунд. нерегулярные интервалы для компенсации накопленной разницы между TAI и временем, измеряемым вращением Земли . [5] Дополнительные секунды вставляются по мере необходимости, чтобы UTC оставалось в пределах 0,9 секунды от варианта всемирного времени UT1 . [6] Количество високосных секунд, добавленных на сегодняшний день, см. в разделе «Текущее количество високосных секунд».
Официальное сокращение всемирного координированного времени — UTC . Это сокращение появилось в результате того, что Международный союз электросвязи и Международный астрономический союз захотели использовать одно и то же сокращение на всех языках. [7] Возникшим компромиссом было UTC , [8] которое соответствует шаблону сокращений вариантов всемирного времени (UT0, UT1, UT2, UT1R и т. д.). [9]
Маккарти описал происхождение аббревиатуры:
В 1967 году CCIR принял названия «Всемирное координированное время» и «Temps Universel Coordonne» для английских и французских названий с аббревиатурой UTC, которые будут использоваться на обоих языках. Название «Всемирное координированное время (UTC)» было утверждено резолюцией комиссий 4 и 31 МАС на 13-й Генеральной Ассамблее в 1967 году (Тер. МАС, 1968). [1]
Часовые пояса по всему миру выражаются с использованием положительных или отрицательных смещений от UTC , как в списке часовых поясов по смещению UTC .
Самый западный часовой пояс использует UTC-12 , отставая от UTC на двенадцать часов; в самом восточном часовом поясе используется UTC+14 , что на четырнадцать часов опережает UTC. В 1995 году островное государство Кирибати перевело атоллы на островах Лайн с UTC-10 на UTC+14 , чтобы все Кирибати находились в один и тот же день.
UTC используется во многих стандартах Интернета и Всемирной паутины . Протокол сетевого времени (NTP), предназначенный для синхронизации часов компьютеров через Интернет, передает информацию о времени из системы UTC. [10] Если требуется только точность в миллисекундах, клиенты могут получить текущий формат UTC с ряда официальных интернет-серверов UTC. С точностью до субмикросекунды клиенты могут получать время по спутниковым сигналам.
UTC также является стандартом времени, используемым в авиации , [11] например, для планов полетов и управления воздушным движением . В этом контексте его часто называют временем зулусов, как описано ниже. В прогнозах погоды и на картах используется формат UTC, чтобы избежать путаницы в отношении часовых поясов и перехода на летнее время. Международная космическая станция также использует UTC в качестве стандарта времени.
Радиолюбители часто планируют свои радиосвязи в формате UTC, поскольку передачи на некоторых частотах можно принимать во многих часовых поясах. [12]
UTC делит время на дни, часы, минуты и секунды . Дни традиционно обозначаются по григорианскому календарю , но можно использовать и юлианские номера дней . Каждый день содержит 24 часа, а каждый час — 60 минут. Количество секунд в минуте обычно составляет 60, но, иногда с дополнительной секундой , оно может быть 61 или 59. [13] Таким образом, в шкале времени UTC вторая и все меньшие единицы времени (миллисекунда, микросекунда и т. д.) имеют постоянную продолжительность, а минута и все более крупные единицы времени (час, день, неделя и т. д.) — переменной продолжительности. Решения о введении дополнительной секунды объявляются не менее чем за шесть месяцев в «Бюллетене C», выпускаемом Международной службой вращения Земли и систем отсчета . [14] [15] Високосные секунды невозможно предсказать заранее из-за непредсказуемой скорости вращения Земли. [16]
Почти все дни UTC содержат ровно 86 400 секунд СИ , в каждой минуте ровно 60 секунд. UTC находится в пределах примерно одной секунды от среднего солнечного времени при 0° долготы [17] , поэтому, поскольку средний солнечный день немного длиннее, чем 86 400 секунд СИ, иногда последняя минута дня UTC корректируется до 61 секунды. Дополнительная секунда называется дополнительной секундой. Он составляет общую сумму дополнительной длины (около 2 миллисекунд каждая) всех средних солнечных дней с момента предыдущей дополнительной секунды. Последняя минута суток по всемирному координированному времени может содержать 59 секунд, чтобы учесть отдаленную возможность ускорения вращения Земли, но в этом пока нет необходимости. Нерегулярная длина дня означает, что дробные юлианские дни не работают должным образом с UTC.
С 1972 года UTC рассчитывается путем вычитания накопленных дополнительных секунд из Международного атомного времени (TAI), которое представляет собой шкалу координат , отслеживающую условное собственное время на вращающейся поверхности Земли ( геоиде ) . Чтобы поддерживать близкое приближение к UT1 , UTC иногда имеет разрывы , когда оно меняется от одной линейной функции TAI к другой. Эти разрывы принимают форму дополнительных секунд, реализуемых сутками UTC нерегулярной длины. Перебои в UTC произошли только в конце июня или декабре. Однако есть возможность, что они состоятся в конце марта и сентябре, а также второе предпочтение. [18] [19] Международная служба вращения Земли и систем отсчета (IERS) отслеживает и публикует разницу между UTC и универсальным временем, DUT1 = UT1 − UTC, и вносит разрывы в UTC, чтобы DUT1 оставался в интервале ( -0,9 с, +0,9 с).
Как и в случае с TAI, UTC известен с высочайшей точностью только ретроспективно. Пользователи, которым требуется приближение в реальном времени, должны получить его в лаборатории времени, которая распространяет приближение с использованием таких методов, как GPS или радиосигналы времени . Такие приближения обозначаются UTC( k ), где k — аббревиатура лаборатории времени. [20] Время событий может быть предварительно записано по одному из этих приближений; более поздние поправки могут быть внесены с использованием ежемесячной публикации Международным бюро мер и весов (BIPM) таблиц различий между каноническими TAI/UTC и TAI( k )/UTC( k ), оцененными в режиме реального времени участвующими лабораториями. [21] ( Подробности см. в статье «Международное атомное время» .)
Из-за замедления времени стандартные часы, находящиеся не на геоиде или находящиеся в быстром движении, не будут поддерживать синхронность с UTC. Таким образом, телеметрия от часов с известной связью с геоидом используется для определения времени UTC, когда это необходимо, в таких местах, как космические корабли.
Невозможно вычислить точный интервал времени, прошедший между двумя временными метками UTC , не обращаясь к таблице, показывающей, сколько високосных секунд произошло в течение этого интервала. В более широком смысле невозможно вычислить точную продолжительность временного интервала, который заканчивается в будущем и может охватывать неизвестное количество дополнительных секунд (например, количество секунд TAI между «сейчас» и 31 декабря 2099 г. 23 :59:59). Поэтому во многих научных приложениях, требующих точного измерения длинных (многолетних) интервалов, вместо этого используется TAI. TAI также часто используется системами, которые не могут обрабатывать дополнительные секунды. Время GPS всегда отстает от TAI ровно на 19 секунд (ни на одну из систем не влияют дополнительные секунды, введенные в UTC).
Часовые пояса обычно определяются как отличающиеся от UTC на целое число часов, [22] хотя, если требуется точность до доли секунды, необходимо учитывать законы каждой юрисдикции. В некоторых юрисдикциях установлены часовые пояса, которые отличаются на нечетное целое число получасов или четвертей часов от UT1 или UTC.
Текущее гражданское время в определенном часовом поясе можно определить путем сложения или вычитания количества часов и минут, заданных смещением UTC , которое варьируется от UTC-12:00 на западе до UTC+14:00 на востоке (см. Список) . смещений UTC ).
Часовой пояс с использованием UTC иногда обозначается UTC±00:00 или буквой Z — ссылкой на эквивалентный морской часовой пояс (GMT), который обозначается буквой Z примерно с 1950 года. Часовые пояса обозначались последовательными буквами алфавит и часовой пояс Гринвича были отмечены буквой Z , поскольку это была точка происхождения. В письме также упоминается «описание зоны» нулевых часов, которое используется с 1920 года (см. историю часовых поясов ). Поскольку слово Z в фонетическом алфавите НАТО — «зулу», UTC иногда называют «зулусским временем». Особенно это актуально в авиации, где «Зулу» является универсальным стандартом. [23] Это гарантирует, что все пилоты, независимо от местоположения, используют одни и те же 24-часовые часы , что позволяет избежать путаницы при перелетах между часовыми поясами. [24] См. список военных часовых поясов для букв, используемых в дополнение к Z в соответствующих часовых поясах, кроме Гринвича.
На электронных устройствах, которые позволяют настраивать часовой пояс только с помощью карт или названий городов, UTC можно выбрать косвенно, выбрав такие города, как Аккра в Гане или Рейкьявик в Исландии , поскольку они всегда находятся в формате UTC и в настоящее время не используют летнее время ( что делают Гринвич и Лондон , и поэтому может быть источником ошибки). [25]
UTC не меняется со сменой времен года, но местное или гражданское время может измениться, если в юрисдикции часового пояса соблюдается летнее время (летнее время). Например, местное время на восточном побережье США зимой отстает от UTC на пять часов, [26] но на четыре часа отстает, когда там наблюдается летнее время. [27]
В 1928 году Международный астрономический союз ввёл термин « Всемирное время» ( UT ) для обозначения GMT, причём день начинался в полночь. [28] До 1950-х годов сигналы времени вещания основывались на UT и, следовательно, на вращении Земли.
В 1955 году были изобретены цезиевые атомные часы . Это обеспечило форму хронометража, которая была более стабильной и удобной, чем астрономические наблюдения. В 1956 году Национальное бюро стандартов США и Военно-морская обсерватория США приступили к разработке временных шкал атомных частот; к 1959 году эти временные шкалы использовались для генерации сигналов времени WWV , названных в честь коротковолновой радиостанции, которая их транслирует. В 1960 году Военно-морская обсерватория США, Королевская Гринвичская обсерватория и Национальная физическая лаборатория Великобритании скоординировали свои радиопередачи так, чтобы временные шаги и изменения частоты были скоординированы, и полученная шкала времени неофициально называлась «Всемирное координированное время». [29] [30]
В результате спорного решения частота сигналов изначально была установлена так, чтобы соответствовать скорости UT, но затем поддерживалась на той же частоте с помощью атомных часов и намеренно позволяла отклоняться от UT. Когда расходимость значительно возрастала, сигнал сдвигался по фазе (ступенчато) на 20 мс , чтобы привести его в соответствие с UT. До 1960 года было использовано двадцать девять таких ступеней. [31]
В 1958 году были опубликованы данные, связывающие вновь установленную частоту цезиевого перехода с эфемеридной секундой . Эфемеридная секунда — это единица системы времени, которая, когда используется в качестве независимой переменной в законах движения, управляющих движением планет и лун в Солнечной системе, позволяет законам движения точно предсказывать наблюдаемые положения планет. Тела Солнечной системы. В пределах наблюдаемой точности эфемеридные секунды имеют постоянную длину, как и атомные секунды. Эта публикация позволила выбрать значение длины атомной секунды, соответствующее небесным законам движения. [32]
В 1961 году Международное бюро времени начало координировать процесс UTC на международном уровне (но название «Всемирное координированное время» не было официально принято Международным астрономическим союзом до 1967 года). [33] [34] С тех пор временные интервалы были каждые несколько месяцев, а частота менялась в конце каждого года. Скачки увеличились в размере до 0,1 секунды. Это UTC было предназначено для обеспечения очень близкого приближения к UT2. [29]
В 1967 году секунда СИ была переопределена в терминах частоты, обеспечиваемой атомными часами цезия. Определенная таким образом длина секунды была практически равна секунде эфемеридного времени. [35] Это была частота, которая временно использовалась в TAI с 1958 года. Вскоре было решено, что использование двух типов секунд разной длины, а именно секунды UTC и секунды SI, используемых в TAI, было плохой идеей. Считалось, что лучше, чтобы сигналы времени поддерживали постоянную частоту и что эта частота должна соответствовать секунде СИ. Таким образом, для поддержания аппроксимации UT необходимо полагаться только на временные шаги. Это было опробовано экспериментально в сервисе, известном как «Ступенчатое атомное время» (SAT), который тикал с той же скоростью, что и TAI, и использовал скачки в 0,2 секунды для синхронизации с UT2. [36]
Также было недовольство частыми скачками UTC (и SAT). В 1968 году Луи Эссен , изобретатель цезиевых атомных часов, и Г.М.Р. Винклер независимо друг от друга предположили, что шаг должен составлять всего 1 секунду. [37] В конечном итоге эта система была одобрена вместе с идеей сохранения секунды UTC равной секунде TAI. В конце 1971 года произошел последний неравномерный скачок ровно на 0,107758 секунды TAI, в результате чего сумма всех небольших временных шагов и сдвигов частоты в UTC или TAI в течение 1958–1971 годов составила ровно десять секунд, так что 1 января 1972 года 00:00. :00 UTC было 1 января 1972 года 00:00:10 TAI ровно, [38] и целое число секунд после этого. В то же время тиковая частота UTC была изменена, чтобы точно соответствовать TAI. UTC также начало отслеживать UT1, а не UT2. Некоторое время сигналы начали передавать поправку DUT1 (UT1 − UTC) для приложений, требующих более близкого приближения к UT1, чем сейчас предоставляется UTC. [39] [40]
Первая дополнительная секунда произошла 30 июня 1972 года. С тех пор дополнительные секунды происходили в среднем примерно раз в 19 месяцев, всегда 30 июня или 31 декабря. По состоянию на июль 2022 года [обновлять]всего было 27 дополнительных секунд, все положительные, в результате чего UTC отстает от TAI на 37 секунд. [41]
Скорость вращения Земли очень медленно уменьшается из-за приливного замедления ; это увеличивает продолжительность среднего солнечного дня . Длина секунды СИ была откалибрована на основе секунды эфемеридного времени [32] [35] , и теперь можно увидеть, что она связана со средним солнечным днем, наблюдавшимся между 1750 и 1892 годами и проанализированным Саймоном Ньюкомбом . В результате секунда СИ близка к1/86400среднего солнечного дня в середине XIX века. [42] В прежние столетия средний солнечный день был короче 86 400 секунд СИ, а в более поздние века он длиннее 86 400 секунд. Ближе к концу 20 века продолжительность среднего солнечного дня (также известного просто как «длина дня» или «LOD») составляла примерно 86 400,0013 с. [43] По этой причине UT теперь «медленнее» TAI на разницу (или «избыточный» уровень детализации) в 1,3 мс/день.
Превышение LOD над номинальными 86 400 с со временем накапливается, в результате чего день UTC, первоначально синхронизированный со средним солнцем, становится десинхронизированным и опережает его. Ближе к концу 20-го века, когда LOD был на 1,3 мс выше номинального значения, UTC работало быстрее, чем UT, на 1,3 мс в день, опережая время на секунду примерно каждые 800 дней. Таким образом, дополнительные секунды были добавлены примерно в этот интервал, что задержало UTC, чтобы обеспечить его синхронизацию в долгосрочной перспективе. [44] Фактический период вращения зависит от непредсказуемых факторов, таких как тектонические движения , и его необходимо наблюдать, а не вычислять.
Точно так же, как добавление високосного дня каждые четыре года не означает, что год становится длиннее на один день каждые четыре года, добавление високосной секунды каждые 800 дней не означает, что средний солнечный день увеличивается на секунду каждые 800 дней. . Чтобы средний солнечный день удлинился на одну секунду (со скоростью 2 мс за столетие), потребуется около 50 000 лет. Эта скорость колеблется в пределах 1,7–2,3 мс/сут. Хотя скорость только из-за приливного трения составляет около 2,3 мс/сут, поднятие Канады и Скандинавии на несколько метров со времени последнего ледникового периода временно снизило эту скорость до 1,7 мс/сут за последние 2700 лет. [45] Таким образом, правильной причиной дополнительных секунд является не текущая разница между фактическим и номинальным уровнем LOD, а, скорее, накопление этой разницы с течением времени: ближе к концу 20-го века эта разница составляла около1/800секунды в день; следовательно, примерно через 800 дней оно накопилось до 1 секунды (а затем была добавлена дополнительная секунда).
На графике DUT1 выше превышение LOD над номинальными 86 400 с соответствует наклону графика вниз между вертикальными сегментами. (Наклон стал пологым в 1980-е, 2000-е и в конце 2010-2020-х годов из-за небольших ускорений вращения Земли, временно сокращающих сутки.) Вертикальное положение на графике соответствует накоплению этой разницы с течением времени, а вертикальные отрезки соответствуют скачку. секунд, введенных для соответствия этой накопленной разнице. Дополнительные секунды рассчитываются таким образом, чтобы DUT1 оставался в вертикальном диапазоне, показанном на соседнем графике. Таким образом, частота дополнительных секунд соответствует наклону диагональных сегментов графика и, следовательно, избыточному уровню детализации. Периоды времени, когда наклон меняет направление (наклон вверх, а не вертикальные сегменты), — это времена, когда избыточный уровень детализации отрицательный, то есть когда уровень детализации ниже 86 400 с.
Поскольку вращение Земли продолжает замедляться, положительные дополнительные секунды будут требоваться чаще. Долгосрочная скорость изменения LOD составляет примерно +1,7 мс за столетие. В конце 21 века LOD составит примерно 86 400,004 с, что потребует дополнительных секунд каждые 250 дней. Через несколько столетий частота дополнительных секунд станет проблематичной. [46] Изменение тенденции значений UT1 – UTC наблюдалось примерно с июня 2019 года, когда вместо замедления (с дополнительными секундами, чтобы разница между UT1 и UTC была менее 0,9 секунды) вращение Земли ускорилось, вызывая увеличение этой разницы. Если тенденция сохранится, может потребоваться отрицательная дополнительная секунда, которая ранее не использовалась. Возможно, это не понадобится до 2025 года. [47] [48]
Когда-нибудь в 22 веке каждый год потребуется две дополнительные секунды. Текущая практика разрешения дополнительных секунд только в июне и декабре будет недостаточной для поддержания разницы менее 1 секунды, и может быть решено ввести дополнительные секунды в марте и сентябре. По прогнозам, в 25 веке каждый год потребуется четыре дополнительные секунды, поэтому нынешние ежеквартальные варианты будут недостаточными.
В апреле 2001 года Роб Симэн из Национальной оптической астрономической обсерватории предложил разрешить добавлять високосные секунды ежемесячно, а не два раза в год. [49]
В 2022 году Генеральная конференция по мерам и весам приняла резолюцию о пересмотре определения UTC и отмене дополнительных секунд, но о сохранении гражданской секунды постоянной и равной секунде системы СИ, чтобы солнечные часы постепенно все больше и больше рассинхронизировались с гражданским временем. . Дополнительные секунды будут устранены к 2035 году. Разрешение не разрывает связь между UTC и UT1, но увеличивает максимально допустимую разницу. Детали того, какой будет максимальная разница и как будут внесены исправления, оставлены для будущих обсуждений. [3] Это приведет к сдвигу движения Солнца относительно гражданского времени, при этом разница будет увеличиваться квадратично со временем (т.е. пропорционально квадрату прошедших столетий). Это аналогично сдвигу сезонов относительно годового календаря, который возникает из-за того, что календарный год не совсем соответствует продолжительности тропического года . Это будет изменением в гражданском хронометраже, и поначалу оно будет иметь медленный эффект, но через несколько столетий станет радикальным. UTC (и TAI) будет все больше и больше опережать UT; оно совпадало бы со средним местным временем вдоль меридиана, дрейфующего на восток все быстрее и быстрее. [50] Таким образом, система времени потеряет фиксированную связь с географическими координатами, основанными на меридиане IERS . Разница между UTC и UT достигнет 0,5 часов после 2600 года и 6,5 часов около 4600 года. [51]
7 -я Исследовательская комиссия МСЭ-R и Рабочая группа 7A не смогли достичь консенсуса относительно того, следует ли выдвигать это предложение на рассмотрение Ассамблеи радиосвязи 2012 года; председатель 7-й Исследовательской комиссии решил вынести этот вопрос на рассмотрение Ассамблеи радиосвязи 2012 года (20 января 2012 года), [52] но рассмотрение этого предложения было отложено МСЭ до Всемирной конференции радиосвязи в 2015 году . [53] Эта конференция, в свою очередь, рассмотрел вопрос, [54] но окончательного решения достигнуто не было; он решил продолжить дальнейшее исследование только с целью пересмотра в 2023 году. [55] [ требуется обновление ]
Предлагаемая альтернатива дополнительной секунде — это високосный час или високосная минута, которые требуют изменений только раз в несколько столетий. [56]
Всемирная конференция радиосвязи МСЭ 2023 (ВКР-23), которая проходила в Дубае (Объединенные Арабские Эмираты) с 20 ноября по 15 декабря 2023 года, официально признала Резолюцию 4 27-й ГКМВ (2022 г.), которая постановила, что максимальное значение разницы ( UT1-UTC) будет увеличено в 2035 году или ранее. [57]
