格林威治时间存废之争:背后存在巨大利益考量

2011-11-29 14:27 来源: 《新世纪》周刊
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  由于地球自转速度并不均匀,原子时与世界时之间存在差距,每隔一两年,都要用闰秒对原子时进行修正。CFP

  国际电信联盟将在一个月后最终宣布是否用原子时取代格林威治时间。激烈争论的背后是巨大的利益考量

  说起格林威治时间有可能被取代,中国科学院国家授时中心(下称国家授时中心)时频基准实验室主任董绍武很是不满。在一次国际会议上,他为此和美国科学家吵过一架。

  在场的美国科学家问董绍武,取消格林威治时间会带来哪些不好?董绍武反驳,不应该由他解释有什么不好,而应由对方说明现在的格林威治时间为什么不好?“比如说,现在开会的房子挺好的,你要拆掉,要告诉我为什么拆,而不是让我告诉你为什么不能拆。”

  董绍武的态度基本上代表了绝大多数中国科学家的立场,现行的以格林威治时间为基础的时间体系,已经运行了将近40年。

  目前,美国、日本、法国等已向国际电信联盟递交了以原子时取代格林威治时间的申请。中、英两国明确表示反对。

  一个多月后,即2012年1月,拥有145年历史、负责信息通信技术事务的联合国主导机构——国际电信联盟,将最终宣布是否调整。

半个世纪的协调

  自古以来,人类都是随着太阳的东升西落昼伏夜出。人们将太阳两次经过中天的时间,分成24小时,就是一个太阳日。这是地球自转与绕太阳公转的共同结果。

  为使全球时间有一个统一标准,自1924年2月5日开始,全球以本初子午线所经过的英国伦敦郊区皇家格林威治天文台的时间为标准时间(Greenwich Mean Time,GMT),每隔一小时,这里会向全世界发放调时信息。

  但在上世纪初,精密的天文观测发现,地球自转速率变化不均匀。随着现代科技对精确时间计量的需要,“原子时”(International Atomic Time,TAI)作为一种更精确的计时方式在1955年被引入。这是一种以分布于全世界的大量运转中的原子钟数据为基础而计算得到的时间尺度。

  世界时系统中1秒的定义,是一个平太阳日的八万六千四百分之一;而原子时所定义的1秒,是从铯原子中电子能级跃迁周期的9192631770倍。两者是完全独立的两个系统,后者可以精确到计算1500万年时间,误差仅为1秒。

  原子时是均匀的,而世界时是不断变化的,因此,尽管两者在1958年1月1日世界时零时是同步的,但随着时间的推移,两者的时间差越来越大。到了1972年,其差距已经大到10秒。为弥补这个差距,国际上提出根据世界时给原子时用“闰秒”修正,开始使用协调世界时(Coordinated Universal Time,UTC)。协调世界时要求其与原子时的差别必须是整数秒,与世界时的差距必须在0.9秒以内。

  何时调整闰秒,是正闰秒还是负闰秒,由国际地球自转和参考系服务机构(IERS)根据地球自转参数的测定结果决定,并发布通知。

  如果IERS宣布要调整闰秒,这个闰秒则被增加到当年6月30日或者12月31日的最后一秒,也就是59分59秒后不是0分0秒,而是59分60秒。自1972年UTC比TAI增加了10秒后, 几乎每隔一两年就要增加1秒。但是由于1998年后地球自转突然加快,在1998年到2005年的七年间并未闰秒,最近的一次,是2008年底做的调整。目前,UTC已调整过24次,比TAI慢了34秒。

  在中国,由位于陕西省的国家授时中心通过原子钟和时间测量设备产生UTC,发播给用户,最后,传到诸如笔记本、手机等终端接收设备。

  可以说,普通人意识不到闰秒存在。但对于授时机构、通信、航天、电子等时间精度要求较高的领域,调校时间并非易事。这也为后来的协调世界时与原子时之争埋下了伏笔。

十一年拉锯战

  1972年以后,卫星导航和通信系统的发展大大超过了天体导航,从而削弱了对闰秒和UTC的需求。与此同时,闰秒给不同系统带来的麻烦逐日增多,使UTC的定义出现了问题。

  1999年,国际电信联盟(ITU)、IERS和国际天文学联合会(IAU)等机构发起一份调查,征集不同领域的专家对于调整UTC和取消闰秒的意见,闰秒取消与否,是两派争论的关键。

  建议取消闰秒的一派认为,闰秒会造成与UTC紧密同步的计算机设备中断。而当这些计算机为控制公共管理诸如空中交通管制的设备时,这种短暂的中断则可能造成很大损害,而大多数人并不需要闰秒。

  另一派观点与此相反。他们提出,针对同步计算机设备的中断问题,还没有相应的足够多的证据证明确实存在这种风险。而互联网以及新的计算机的诞生,则让闰秒的调整越来越容易。最重要的一点,则是闰秒的存在尊重了拥有5000年历史的人类的“时间文化”。

  中科院上海天文台时间频率技术研究室副主任黄佩诚对说,地球自转是不准的,闰秒的作用就是为了和人的习惯保持一致。“这么多年已适应了,好多科学仪器都已经作了调整,如果取消,千百万年后,有可能半夜1点变成早上了,与人的习惯不相符。”

  由于双方僵持不下,在2003年5月,在意大利都灵召开的第一次意在讨论修改UTC和取消闰秒的会议上,也并未拿出一个明确结论。

  2004年9月,美国代表团向ITU再次提出关于放弃闰秒的申请,希望后者能够在2005年11月的工作会议上考虑测试。时任IERS主席丹尼尔·盖比斯(Daniel Gambis)认为,这是一次很好的向各国代表和机构征询意见的机会──关于调整UTC和取消闰秒的大范围征询再次展开。

  美国的动议意味着将人类的计时方式完全独立于地球自转。当然,为避免原子时与人们的习惯拉得太大,甚至提出了“闰小时”的概念。剑桥大学计算机系的马库斯·科恩(Markus Kuhn)博士指出,取消和保持闰秒都有利有弊,但是闰小时对现有系统的破坏性更大。

  根据征询结果,美国代表团并没有获得更多支持。2008年底,支持取消闰秒的一派再次提出动议,并表示已得到更多的支持;而英国、中国等国家则明确表示反对。

背后是利益之争

  闰秒的信息,是经由国家授时中心通过授时系统发播出去,高精度时间需求部门通过专用定时接收机接收无线电信号,自动进行“闰秒”。

  董绍武对记者说,中国的相关机构都已经适应了闰秒的存在。即便是北斗导航系统,都已经做了调整。据他了解,北斗导航系统的专家也反对取消闰秒的提议。

  董绍武认为,从技术上而言,现在的国际标准时间体制可以有效运转;其次,现有的时间标准既照顾了人们的日常生活,又利用了原子时的准确秒长,因此没有必要去进行修改。如果取消闰秒,对于中国来说,其成本则可以用“巨大”来形容,“可能要几百亿”。

  董绍武解释说,成本主要涉及接收终端的设备费用,以及软件重新编制的费用。但是,对于两个月后的结果,董绍武心里并没有多大的把握。和大多数科学家一样,他希望维持现状。

  黄佩诚也指出,国内买了很多美国的正版软件和设备,如果修改,要给美国很多钱。他认为,可以参照千年虫时候的改造成本。“上次千年虫的时候,美国自己就花费了几十亿美元。”

  尽管在是否调整UTC和取消闰秒的问题上仍有很多争论,但大部分国际电信联盟的成员国和组织都已形成一些共识,即应当在公开透明的前提下,考虑所有的可能之后,才决定是否调整UTC以及取消闰秒;即便确定取消闰秒,也应给出几年的时间,以便成员国在法律、政治和设备上做出相应的修改;不应禁止UTC等其他时间标准存在;而如果取消闰秒,时间设备上所做的修改应尽可能减少,从而把扰乱系统的风险降到最低。