星辰大海（时间（二）协调世界时的诞生）星辰大海：时间（二）协调世

在上一篇文章《星辰大海：时间（一）一天是多久？》中我们讨论了太阳的一天，恒星的一天，原子的一天。

时间	参照根据
太阳时	太阳经过天顶的时刻
恒星时	春分点经过天顶的时刻
原子时	原子基态两个超精细能级间跃

其中太阳时又分为真太阳时与平太阳时，恒星时分为真恒星时与平恒星时，“平”表示平均的含义，平均的原因是真实的运动是不均匀的。当然，原子时因为本身的周期刻度就是均匀的，所以没有平原子时一说。
不过到目前为止，上面的这5项时间都不是我们日常生活中使用的时间，不是手机上看到的时间，不是新闻联播前整点报时的时间。那么，今天我们聊一聊生活中使用的时间。
地球的运动在哥白尼之后的时代，人类知道了地球不是宇宙的中心，地球除了自身的自转还要绕着太阳公转，而整个太阳系围绕着银河系中心运动着……地球的运动可以分为两个部分：
一、作为质点运动：如果把地球抽象为宇宙中的一个质点，那么这个质点的运动就十分像中学物理题中的质点，这个质点在外力的作用下产生运动的加速度。这个加速度主要是太阳对地球的万有引力的结果。
二、自身姿态运动：在质点运动的基础上，地球还会绕着自己的自身旋转、旋转、旋转，十分像盗梦空间莱昂纳多手里拿个旋转着的小陀螺，不停的旋转。
旋转的地球陀螺陀螺在旋转的时候，总是绕着中心的一个看不见的自转轴旋转，地球也是一样，有一个看不见的自转轴通过地球的南北极，地球就是绕着这个自转轴旋转。
我们不知道莱昂纳多的那个小陀螺最后有没有停下，但我们知道，平时转起来的硬币总是会倒下（你如果十分厉害能让硬币最后立起来就当我没说……）在陀螺、硬币旋转的过程中，尤其是快倒下的时候，我们能感受到它们的自转轴发生了剧烈的抖动，最后失去平衡。
地球的自转轴也是如此，虽然地球不会倒下（即使倒下也只是换个角度继续旋转吧，手动滑稽），但是地球的旋转轴确实无时无刻不在变化。影响地球自转轴变化的因素可以分为两方面：

进动：地球的自转轴绕着另一个中心轴缓慢转动的过程（旋转的自转轴也在旋转，晕不晕），地球自转轴进动的角度为23.5度，周期大约是2万6千年，地球自转轴旋转的这种现象也称为岁差。
章动：地球自转轴在进动的旋转中又叠加的一个抖动，就是说自转轴与进动的中心轴的夹角基本上是23.5度，不过有时稍微大些，有时又稍微小些。章动的周期是18.6年，振幅只有9.2秒。

地表的运动从宇宙角度看，地球是一个运动着旋转的陀螺。但对于生活在地球表面的人类来说，问题是，地球的表面在旋转的时候并不完全按照上面的进动、章动的方式旋转。夸张点说，就好比有个充满水的气球，我们用手转了一下，这个气球的皮和里边的水在旋转时是相互分离的，是不同的。
对于地球表面，与地球陀螺的差别并没有那么大。上面说，地球绕着一个通过南、北极的自转轴在旋转，实际上，在地球表面看来，这个自转轴通过地球表面的“南极、北极”的位置是不断变化的。
也就是说，地球表面就像是地球陀螺的一件外套，这件外套不是紧身的，在地球陀螺旋转的时候，这件外套稍微有点跑偏。而对于这个跑偏的描述，称为极移。
外星人看到的地球表面如果宇宙中的一个外星人看得到地球表面的话，忽略地球抽象为质点的运动，可以将地球表面的旋转运动分为四个部分：

名称	内容
进动	地球自转轴绕另一个中心轴缓慢旋转
章动	地球自转轴进动时叠加的一个微小的抖动
自转	地球陀螺绕地球自转轴旋转
极移	地球表面相对于地球自转轴跑偏的程度

这四个部分中，自转是旋转运动最显著的部分，是产生太阳时、恒星时最主要的因素。
再说恒星时前面讨论的恒星时是根据春分点定义的。前面我们了解了地球陀螺在空间中的旋转包含了进动、章动、自转三个部分，而地球表面相对于地球陀螺还有一定的极移。
事实上，春分点相对于地球的运动就是进动、章动、自转三个部分，以此定义的恒星时就是真恒星时。另外，如果通过平均消除章动，仅考虑进动、自转两部分引起的春分点变化，以此定义的恒星时就是平恒星时
再说太阳时太阳时就是根据太阳相对地球的运动定义的。平太阳是在黄道上假象一个运动速度保持不变的点作为平太阳，以此定义的平太阳时刻度较为均匀。这里的平太阳、真太阳的关系与前面说的进动、章动、自转、极移没有直接联系。
世界时世界时是格林尼治所在地的平太阳时。这样定义使全世界拥有了统一的时间基准，在1967年原子时诞生前，世界时是一个最实用的时间。至此，世界时已经很接近今天生活中使用的时间了，不过还差一点。
世界时本质是平太阳时，平太阳时依赖的是一个假象的运动目标平太阳，为了计算这个平太阳的运动规律，需用地面上许多天文台观测恒星的数据进行反算。通过天文台测量直接计算出来的世界时，称为UT0（0号世界时）。
【星辰大海（时间（二）协调世界时的诞生）】UT0的不足之处是，地球表面的天文台相对于地球陀螺存在着“极移”，以测量数据直接计算的平太阳时不能直接反应地球陀螺自转的部分，那么在UT0的基础上进行极移修正，就得到了UT1（1号世界时）。
除了UT0，UT1，在UT1的基础上再修正地球陀螺自转的不均匀部分，使得时间刻度更加均匀，就得到了UT2（2号世界时），2号世界时由于时间刻度根据均匀的原子时的出现基本没有应用了。
协调世界时至此，我们已经知道：

世界时反映地球陀螺的自转，与日升日落的自然现象相一致。不过，虽然进行了很多努力，将世界时的刻度定义的更加均匀（如UT2），但是复杂的定义不利于实际使用，使用的效果也没有那么好。
原子时是1967年，人类进入物理微观领域后的一项重大应用成果，原子时将时间刻度的均匀性极大的提高。但是其本身与日升日落的自然时间没有直接联系。

铛铛，下面隆重推出协调世界时（UTC）。UTC采用了原子时的秒长，并且与世界时的天长基本一致。

原子时的秒长保证了UTC时间刻度的均匀性
世界时的天长保证了UTC时间与日升日落的自然现象相统一

跳秒是怎么回事那么问题来了，UTC是怎么将原子时、世界时协调的，UTC协调的是什么？
1天=24个小时，1小时=60分钟，1分钟=60秒钟，1天=86400秒钟，这是我们对于一天时间的基本认知。事实上，如果以原子时的秒长度量，世界时的1天<86400秒钟，而且，世界时的1天究竟等于多少秒也是在不断变化。
细心的你已经发现了，如果世界时的1天<86400秒钟，而我们依然按照1天=24小时，1小时=60分钟，1分钟=60秒钟这样生活，那么总会有这样一天，在00:00:00时是白天，而在12:00:00时是黑夜。
UTC协调世界时，协调的就是世界时UT1的1天与原子时86400秒钟的差别，如果发现UT1与UTC之间积累的差别超过了0.8秒，那么就让UTC少走1秒。采取的方式是在接下来的1月1日或者7月1日的00:00:00分进行闰秒，也称为跳秒。
比如说，2017至2018的跨年时间是这么度过的：

2017-12-31 23:59:59
2018-01-01 00:00:00
2018-01-01 00:00:01

而2017年1月1日就有一次跳秒，2016年至2017年的跨年时间是酱婶的：