Sekunda z atomów, doba z Ziemi. Dlaczego czasem dodajemy sekundę

Doba ma 24 godziny, godzina 60 minut, minuta 60 sekund. Ten rachunek wydaje się tak oczywisty, że trudno uwierzyć, iż sekunda od 1967 roku nie jest już częścią doby. Definiuje ją drganie atomów cezu, a nie obrót Ziemi. Konsekwencja jest osobliwa: mamy dwa równoległe zegary, jeden doskonały i jeden przyrodzony, i co jakiś czas musimy je uzgadniać, dopisując do naszego czasu dodatkową sekundę.

Sekunda ze Słońca

Przez stulecia podstawą rachuby czasu był obrót Ziemi. Dobę dzielono na 24 godziny, godzinę na 60 minut, minutę na 60 sekund. Ponieważ długość dnia słonecznego zmienia się w ciągu roku, wprowadzono dzień średni, a czas liczony od południka Greenwich nazwano czasem uniwersalnym ^[1]. Sekunda była więc z definicji ułamkiem obrotu planety: jedną osiemdziesiątą czterotysięczną średniej doby.

Problem w tym, że Ziemia nie jest zegarem. Jej obrót zmienia się pod wpływem ruchów mas w atmosferze i oceanach, a na dłuższą metę spowalnia. Przez wieki nikt tego nie zauważał, bo zegary mechaniczne i tak były gorsze od planety. Sytuacja odwróciła się dopiero w XX wieku.

Zegar, który okazał się lepszy od Ziemi

W 1955 roku w brytyjskim Narodowym Laboratorium Fizycznym uruchomiono zegar atomowy, zbudowany przez Louisa Essena i Jacka Parry’ego. Wykorzystywał on regularne drgania atomów cezu-133. Okazał się tak równy, że porównanie z czasem astronomicznym obliczanym przez obserwatorium marynarki USA ujawniło nieregularności samej Ziemi.

W 1967 roku sekunda została przedefiniowana w Międzynarodowym Układzie Jednostek: to teraz czas trwania 9 192 631 770 okresów wybranego przejścia w atomie cezu-133. Od tego momentu sekunda nie zależy od tego, jak szybko obraca się planeta. Z sekund układanych jeden po drugim powstał Międzynarodowy Czas Atomowy, czyli TAI, proste liczenie jednostek bez oglądania się na niebo.

Dwa czasy w jednym zegarku

Tu pojawia się kłopot praktyczny. Czas atomowy jest równy, ale nie ma nic wspólnego ze wschodem i zachodem Słońca. Gdybyśmy używali wyłącznie jego, po kilkudziesięciu latach południe na zegarze wypadłoby w środku nocy. Dlatego powstał czas uniwersalny koordynowany, UTC, który bierze regularność czasu atomowego i dokłada do niego sekundy, żeby nie oddalić się od czasu słonecznego.

UTC jest utrzymywany w granicach 0,9 sekundy od czasu astronomicznego UT1, opartego na rzeczywistym obrocie Ziemi. Pierwszą sekundę przestępną dodano 30 czerwca 1972 roku, a różnica między czasem atomowym i UTC wynosi dziś 37 sekund ^[2]. Formalnie UTC powstaje z TAI właśnie przez wstawianie sekund przestępnych, na podstawie zaleceń Międzynarodowej Służby Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia, a definicję obu skal zatwierdziła w 2018 roku Generalna Konferencja Miar ^[3].

Dlaczego trzeba poprawiać czas

Powód jest fizyczny, nie urzędniczy. Tempo obrotu Ziemi nie jest stałe: zależy od rozkładu mas w atmosferze, oceanach i wnętrzu planety, a drobne różnice kumulują się tygodniami i latami. Czas atomowy tych wahań nie odczuwa, więc rozbieżność rośnie, aż trzeba ją skasować jednym ruchem.

Co ciekawe, w ostatnich latach Ziemia przyspieszyła na tyle, że czas astronomiczny zaczął doganiać UTC. Gdyby ten trend się utrzymał, po raz pierwszy trzeba by sekundę nie dodać, ale odjąć. Do tej pory wszystkie korekty były dodatnie. Sama decyzja zapada około pół roku wcześniej, a korektę wykonuje się na końcu czerwca albo grudnia, wyjątkowo w marcu lub wrześniu.

Minuta, która ma 61 sekund

Korekta wygląda osobliwie w zapisie. W dniu sekundy przestępnej ostatnia minuta przed północą trwa nie 60, a 61 sekund: po 23:59:59 następuje 23:59:60, a dopiero potem 00:00:00. Dla człowieka to niezauważalne. Dla urządzenia, które liczy sekundy nieprzerwanie od lat, to wyjątek w kalendarzu, który trzeba przewidzieć w kodzie. Wiele krajów przyjęło UTC jako prawną podstawę czasu, więc korekta ma znaczenie nie tylko techniczne, ale też urzędowe.

Kto tego pilnuje

Za cały mechanizm odpowiada kilka instytucji. Narodowe laboratoria metrologiczne utrzymują własne realizacje UTC, oznaczane jako UTC(k), i przesyłają dane do Międzynarodowego Biura Miar, które oblicza oficjalną skalę. W Stanach Zjednoczonych sygnały czasu nadawane przez stacje WWV, WWVH i WWVB oraz internetowa usługa czasu odnoszą się do UTC(NIST). Kiedy pojawia się sekunda przestępna, zmienia się nie tylko radio, ale też serwery czasu, satelity i wszystko, co synchronizuje się z nimi.

Dlatego sekunda przestępna jest bardziej kłopotliwa, niż wygląda. Dla większości ludzi jest niewidoczna, ale dla systemów, które liczą sekundy i zakładają, że każda minuta ma ich dokładnie 60, to zaplanowana zmiana do obsłużenia. Nie bez powodu korekty ogłasza się z wielomiesięcznym wyprzedzeniem.

Co z tego zostaje

Nasz czas jest więc hybrydą. Codzienne życie opiera się na obrocie planety, bo chcemy, żeby południe było w południe. Pomiar opiera się na atomach, bo chcemy, żeby sekunda była sekundą. Te dwa wymagania nie dają się pogodzić idealnie, więc godzimy je punktowymi poprawkami.

Warto o tym pamiętać, gdy zegar w telefonie przeskakuje o jedną sekundę. To nie błąd. To ślad kompromisu między bardzo dobrym zegarem a bardzo niedoskonałą planetą, na której przyszło nam go używać.

Źródła

1. National Physical Laboratory, „What is a leap second?”, odczyt 23.10.2026. https://www.npl.co.uk/resources/q-a/what-is-a-leap-second
2. NIST, Physical Measurement Laboratory, Time Realization and Distribution Group, „Leap second and UT1-UTC information”, odczyt 23.10.2026. https://www.nist.gov/pml/time-and-frequency-division/time-realization/leap-seconds
3. BIPM, „Time metrology”, odczyt 23.10.2026. https://www.bipm.org/en/time-metrology
4. Zdjęcie: National Institute of Standards and Technology (NIST), „NIST-F2 cesium fountain atomic clock”, domena publiczna. Zmiany: kadr do proporcji 16:9 i zmniejszenie do 1200×675. Plik: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NIST-F2_cesium_fountain_atomic_clock.jpg