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协调世界时

协调世界时

协调世界时（CUT，法文：Temps Universel Coordonné，简称UTC），又称世界统一时间、世界标准时间、国际协调时间，它是以国际原子时（TAI）秒长为基准、在时刻上尽量接近世界时（以本初子午线的平子夜起算的平太阳时）的一种时间计量系统。

1884年10月13日，格林尼治时间正式被采用为国际标准时间。1928年，为了统一时间标准，国际天文学联合会提出世界时的概念。1955年，英国国家物理实验室研制出第一台束原子钟，开创了实用型原子钟的新纪元。1960年，美国海军天文台、英国格林尼治天文台以及英国国家物理实验室协调了它们的无线电广播，由此时间的步长和频率的变化得到了协调，这样产生的时间尺度也被正式命名为“世界协调时”。1967年，第十三届国际计量大会（CGPM）基于铯原子的振荡定义了1秒时间，进入了原子时时代。1972年，UTC修正1秒长度的方法被闰秒策略替代，协调世界时正式成为国际标准时间。截至2022年8月，为了让UTC与地球自转一圈所需的时间相匹配，科学家已为“协调世界时”增加了27闰秒。2022年11月18日，在国际计量大会上，为了和地球自转保持一致而给官方时钟加“闰秒”的做法计划于2035年起停止。2024年3月27日，根据多国科学家研究显示，由于冰川融化加快减缓了地球自转，人类很可能将在不远的未来首次迎来“负闰秒”，即需要在UTC系统中减去1秒钟时间。

协调世界时由国际计量局（BIPM）维护，在CGPM的授权下，许多国家的授时实验室和数百名所涉物理学家及计量学家献策献力。这使其不受任何特定国家、政治权力或商业实体的影响。在网络通信上，协调世界时被用在很多互联网标准中，像网络时间协议就是其中的一种。全球经济依赖全球导航卫星系统（GNSS），该系统为全世界重要的现代基础设施提供UTC基准，几乎所有具有时间同步要求的国际工程标准都会参考UTC。

基本概念

一开始为了统一时间，人们提出了世界时的概念，世界时与地球自转关系密切，地球自转速度变化的影响会造成世界时的不均匀性，世界时的测量只能达到毫秒量级，远不能满足人类发展航天技术、精密测地等需求。人们在努力寻找更加稳定的周期运动来测量时间。随着量子力学的发展，人们开始研制原子钟，原子钟提供原子时，十分稳定，用于测量时间间隔，但是它没有确切的时刻含义。然而，世界时则相反，它的秒长不够稳定，但是它的时刻对应着太阳在天空中的特定位置，反映着地球在空间自转角度的变化，与地极坐标等一起构成地球定向参数，世界时与人们日常生活密切相关。世界时具有重要应用价值，而一些精密物理测量研究则需要稳定的原子时。在应用需求上，这形成了一对矛盾。

科学家把 “原子时”和“世界时”对准，同时开始运行。但随着时间的推移，两者差异越来越大，主要是因为潮汐作用的影响等，地球自转速率长期变慢。为了解决这一问题，人们引入另外一种非常重要的时间尺度，叫“协调世界时”，它利用原子时的均匀性，采用原子时的“秒长”，而在“时刻”上尽量靠近世界时。

协调世界时，是由全球80多个时间实验室至少500台原子钟数据，通过时间传递链路以德国联邦物理实验室（PTB）为枢纽，定期汇总到位于法国巴黎的国际权度局（BIPM）加权计算，产生协调世界时。

历史发展

1884年，国际天文学家代表会议决定，以经过格林尼治的经线为本初子午线，作为计算地理经度的起点，也是世界标准“时区”的起点。10月13日，格林尼治时间正式被采用为国际标准时间。1928年，为了统一时间标准，国际天文学联合会提出世界时(UT)的概念，并逐步推广至世界各国使用。世界时与地球自转关系密切，地球自转加快，则世界时加快，地球自转减慢，则世界时减慢。

1955年，英国国家物理实验室用铯元素唯一的稳定同位素铯-133原子，成功研制出第一台铯束原子钟，开创了实用型原子钟的新纪元。1960年，由于地球自转的不均匀性，国际天文学联合会决定采用以地球公转运动为基础的时间标准，这就是学术界所说的“历书时”，并且规定从1960年开始，历书时取代世界时作为国际时间标准。1960年，美国海军天文台、英国格林尼治天文台以及英国国家物理实验室协调了它们的无线电广播，由此时间的步长和频率的变化得到了协调，这样产生的时间尺度也被正式命名为“世界协调时”。“世界协调时”基于国际原子时，但是最开始人们认为UTC应该和UT保持一致，所以国际时间局（Bureau International de I’Heure，BIH）将UTC中的1秒定义为国际原子时1秒减去一个小的修正项。1967年，第十三届国际计量大会（CGPM）基于铯原子的振荡定义了1秒时间，从那时起全球计时系统进入了原子时时代。

1972年，UTC修正1秒长度的修正方法被闰秒策略替代，协调世界时正式成为国际标准时间。从1972年至2023年11月，一共有37个闰秒被引入，闰秒调整通常在每年6月30日或12月31日最后一秒执行，这样UTC时间就可以和UT时间保持一致。

截至2022年8月，为了让UTC与地球自转一圈所需的时间相匹配，科学家已为“协调世界时”增加了27闰秒。2022年11月18日，在巴黎市郊举行的国际计量大会上由世界各国政府代表做出决定，从2035年开始或者更早，世界时（UT1）可以和基于原子钟稳定秒长的UTC相差1秒以上。也就是说，为了和地球自转保持一致而给官方时钟加“闰秒”的做法将于2035年起停止。2024年3月，根据多国科学家27日在《自然》杂志上发表的一项研究显示，由于冰川融化加快减缓了地球自转，使得原本预计会在2026年加上的“闰秒”被推迟到2029年。而且随着这个趋势的加快，人类很可能将在不远的未来首次迎来“负闰秒”，即需要在UTC系统中减去1秒钟时间。

获取方式

由国际计量局（BIPM）首先计算所有指定原子钟的加权平均值，以获得国际原子时（TAI）。计算TAI的算法很复杂，包括对每种时钟的估计、预测和验证。

同样，远距离比较时钟的测量要么基于全球导航卫星系统（GNSS），要么基于其他技术，如双向时间和频率的卫星传输，或者通过光纤。这些都需要加以处理，以补偿因电离层、重力场或卫星移动等原因造成的延迟。

最终，UTC是根据需要添加或删除闰秒。UTC秒长采用原子时秒长；时刻与世界时UT1时刻之差保持在±0.9秒之内，必要时用阶跃1整秒的方式来调整。这个1整秒，称为闰秒。

协调世界时（UTC）由以下方程组确定：

UTC（t） – TAI（t） = n（其中n是一个整数，目前n=34s）|UTC（t） – UT1（t） \u003c 0.9 s|

协调时间时的优势

UTC与其他时标相比具有显著优势：

它由国际计量局（BIPM）维护，在CGPM的授权下，许多国家的授时实验室和数百名所涉物理学家及计量学家献策献力。这使其不受任何特定国家、政治权力或商业实体的影响。

UTC由每个国家的国家计量机构（NMI）或指定机构（DI）通过实时本地近似值或UTC（k）分发。这些机构在国内负责UTC（k）的实现和分发，在某些情况下负责法定时间的实现和分发。在德国，联邦物理技术研究院（Physikalisch-Technische Bundesanstalt ，PTB）通过频率为77.5千赫兹（kHz）的标准频率广播电台DCF77分发法定时间，但也通过公共电话网和互联网分发法定时间。