Czym jest sekunda przestępna?
Sekunda przestępna to jednosekundowa korekta, która od czasu do czasu jest dodawana do Uniwersalnego Czasu Koordynowanego (UTC), globalnego standardu czasu, z którym synchronizują się Twój telefon, serwery i satelity. Gdy jest dodawana, ostatnia minuta dnia ma 61 sekund zamiast 60 – zegar odmierza 23:59:60, zanim przejdzie na 00:00:00.
Sekundy przestępne brzmią trywialnie. Nie są. Ta dodatkowa sekunda spowodowała awarie głównych stron internetowych, uziemiła loty i wywołała trwającą dekady debatę wśród fizyków, astronomów i inżynierów oprogramowania. W 2022 roku światowe władze ds. pomiaru czasu ostatecznie zagłosowały za ich wyeliminowaniem. Oto czym naprawdę jest sekunda przestępna, dlaczego istnieje i dlaczego odchodzi do lamusa.
Dlaczego istnieją sekundy przestępne
Problem sprowadza się do dwóch różnych sposobów mierzenia czasu, które nie do końca są ze sobą zgodne.
Czas atomowy jest idealnie stały. Od 1967 roku sekunda jest definiowana przez drgania atomów cezu-133 – 9 192 631 770 drgań na sekundę. Sieć zegarów atomowych na całym świecie utrzymuje Międzynarodowy Czas Atomowy (TAI), który jest zdumiewająco regularny: ani nie przyspiesza, ani nie zwalnia.
Obrót Ziemi nie jest stały. Długość dnia, mierzona rzeczywistym obrotem planety, jest nieco nieregularna. Tarcie pływowe, ruch płynnego jądra Ziemi oraz zmiany masy, takie jak topnienie pokryw lodowych, wpływają na prędkość obrotową. Na dłuższą metę planeta generalnie zwalnia, więc dzień astronomiczny staje się nieco dłuższy niż 86 400 atomowych sekund. Ten czas oparty na obrocie nazywa się UT1.
Pozostawiony sam sobie UTC (oparty na stałych sekundach atomowych) i UT1 (powiązany z rzeczywistym Słońcem na niebie) powoli by się rozchodziły. Aby utrzymać je w zgodzie, zasada jest prosta: UTC nigdy nie może różnić się od UT1 o więcej niż 0,9 sekundy. Gdy różnica zbliża się do tego limitu, do UTC dodawana jest sekunda przestępna, aby czas atomowy „poczekał" na wolniej wirującą Ziemię.
Sekunda przestępna jest więc zasadniczo ręczną korektą, która utrzymuje nasze precyzyjne zegary atomowe w zgodzie z chwiejną planetą, na której żyjemy.
Krótka historia sekund przestępnych
Sekundy przestępne wprowadzono w 1972 roku, kiedy UTC został przedefiniowany, aby opierać się na czasie atomowym, pozostając jednocześnie powiązanym z obrotem Ziemi.
Od tego czasu do 2016 roku dodano 27 sekund przestępnych. Każda z nich była dodatnia – sekunda dodawana, nigdy usuwana – ponieważ obrót Ziemi generalnie pozostawał w tyle za czasem atomowym w tym okresie. Ostatnia sekunda przestępna została dodana 31 grudnia 2016 roku o 23:59:60 UTC.
Po tym nastąpiła zauważalna, prawie siedmioletnia przerwa, ponieważ obrót Ziemi w ostatnich latach nieco przyspieszył – na tyle, że po raz pierwszy naukowcy zaczęli poważnie dyskutować o możliwości ujemnej sekundy przestępnej (usunięcia sekundy zamiast dodania), coś, co nigdy się nie wydarzyło i czego wielu inżynierów obawia się jeszcze bardziej niż zwykłego rodzaju.
Kto decyduje, kiedy to nastąpi?
Sekundy przestępne nie są zaplanowane w stałym kalendarzu. Są ogłaszane przez Międzynarodową Służbę Obrotu Ziemi i Układów Odniesienia (IERS), z siedzibą pod Paryżem, która stale monitoruje obrót planety.
Gdy różnica UT1–UTC zbliża się do 0,9 sekundy, IERS wydaje biuletyn – zazwyczaj z około sześciomiesięcznym wyprzedzeniem – ogłaszający, że zostanie dodana sekunda przestępna. Zgodnie z konwencją, dodawanie następuje na koniec 30 czerwca lub 31 grudnia (UTC).
Ten sześciomiesięczny okres wyprzedzenia jest sednem problemu inżynieryjnego: harmonogram jest nieregularny i nieprzewidywalny. Nie można napisać wzoru, który powie, kiedy nastąpi następna sekunda przestępna, tak jak można to zrobić dla lat przestępnych. Trzeba czekać na ogłoszenie IERS, a następnie upewnić się, że każdy zegar w systemie o tym wie.
Dlaczego inżynierowie nienawidzą sekund przestępnych
Dla większości ludzi dodatkowa sekunda jest niezauważalna. Dla komputerów, które oczekują, że każda minuta ma dokładnie 60 sekund, 61-sekundowa minuta jest miną.
Najsłynniejszy incydent miał miejsce 30 czerwca 2012 roku, kiedy dodano dodatnią sekundę przestępną. W momencie jej wystąpienia padło wiele systemów. Reddit przestał działać, podobnie jak inne duże strony. Błąd wynikał ze sposobu, w jaki jądro Linux obsługiwało cofnięcie się zegara w tej chwili – wywołało to niekontrolowaną pętlę, która przeciążyła procesory serwerów. Systemy rezerwacji linii lotniczych oparte na dotkniętym oprogramowaniu również zgłaszały zakłócenia, opóźniając odprawy. Podobne problemy pojawiały się także przy wcześniejszych sekundach przestępnych.
Podstawowe problemy mają charakter strukturalny:
- Zdarzenie jest rzadkie, więc ścieżki kodu obsługujące sekundę przestępną są prawie nigdy nie używane i rzadko testowane w rzeczywistych warunkach.
- Czas wydaje się stać w miejscu lub powtarzać, a wiele oprogramowania po cichu zakłada, że czas porusza się tylko do przodu, monotonicznie.
- Harmonogram jest nieprzewidywalny, więc systemy muszą pobierać i ufać zewnętrznemu ogłoszeniu, zamiast same obliczać korektę.
Ponieważ współczesna awaria może kaskadowo rozprzestrzenić się na rynki finansowe, sieci telekomunikacyjne i platformy chmurowe, jedna źle obsłużona sekunda może być naprawdę kosztowna.
Obejście Google: „Leap Smear"
Zamiast stosować sekundę przestępną w jednym gwałtownym skoku, Google wprowadziło podejście zwane leap smear (rozmazywanie sekundy przestępnej). Zamiast dodawać pełną sekundę o północy, serwery Google rozkładają korektę na długie okno – zazwyczaj około 24 godzin wokół zdarzenia – sprawiając, że każda sekunda jest nieznacznie dłuższa (lub krótsza).
Podczas rozmazywania żaden zegar nigdy nie pokazuje 23:59:60 i żaden zegar nigdy się nie cofa; czas po prostu płynie bardzo nieznacznie „wolno" przez jeden dzień, aż dodatkowa sekunda zostanie cicho wchłonięta. Oprogramowanie widzi płynny, monotoniczny zegar i nigdy nie napotyka niebezpiecznego przypadku brzegowego. Amazon, Meta i inni przyjęli podobne strategie rozmazywania, co stało się de facto techniką przetrwania dla systemów na dużą skalę.
Haczyk: rozmazany zegar celowo różni się od oficjalnego UTC przez wiele godzin – w porządku dla większości usług, ale stanowi problem, gdy trzeba go uzgodnić z nierozmazanymi systemami. To obejście problemu, który – jak coraz częściej uważa branża – w ogóle nie powinien istnieć.
Jeśli pracujesz z czasem epoki, pamiętaj, że znacznik czasu Unix w ogóle nie liczy sekund przestępnych – czas Unixa po prostu udaje, że każdy dzień ma dokładnie 86 400 sekund, co jest częścią powodu, dla którego rzeczywista korekta powoduje tyle tarcia.
Decyzja z 2035 roku: Zniesienie sekund przestępnych
Debata osiągnęła punkt kulminacyjny podczas Generalnej Konferencji Miar (CGPM) w 2022 roku – międzynarodowego organu zarządzającego systemem metrycznym i definicją sekundy.
Delegaci przyjęli przełomową rezolucję: praktyka dodawania sekund przestępnych zostanie wstrzymana do 2035 roku. Od tego momentu UTC będzie mógł oddalić się od UT1 o więcej niż obecny limit 0,9 sekundy, a tolerancja zostanie ponownie wynegocjowana później – prawdopodobnie pozwalając, aby różnica narastała przez dziesięciolecia, być może do minuty lub więcej, zanim w ogóle rozważona zostanie jakakolwiek korekta.
W praktyce oznacza to, że UTC stanie się płynną, ciągłą skalą czasu bez niespodziewanych 61-sekundowych minut. Astronomowie, którzy naprawdę potrzebują czasu opartego na obrocie Ziemi, mogą nadal bezpośrednio używać UT1; wszyscy prowadzący komputery otrzymują zegar, któremu w końcu mogą zaufać. Zmiana zamienia maleńką, powoli narastającą niezgodność ze Słońcem na wyeliminowanie powracającego źródła globalnego ryzyka technicznego.
Często zadawane pytania
Czy kiedykolwiek usunięto sekundę przestępną zamiast dodać?
Nie. Wszystkie 27 sekund przestępnych dodanych od 1972 roku było dodatnich – dodawano sekundę. Ujemna sekunda przestępna (przeskoczenie z 23:59:58 do 00:00:00) nigdy nie wystąpiła, chociaż niedawne szybsze wirowanie Ziemi sprawiło, że stała się realną możliwością, zanim decyzja z 2035 roku uczyniła całe pytanie bezprzedmiotowym.
Czy sekundy przestępne wpływają na strefy czasowe?
Nie bezpośrednio. Strefy czasowe są stałymi przesunięciami względem UTC zarządzanymi przez bazy danych takie jak baza stref czasowych IANA. Sekunda przestępna koryguje sam UTC, więc każda strefa przesuwa się o ten sam moment jednocześnie – przesunięcia między strefami nigdy się nie zmieniają.
Czy mój zegar komputerowy zmieni się w 2035 roku?
Żadnych widocznych zmian dla użytkowników. Po 2035 roku zegary po prostu przestaną otrzymywać okazjonalne sekundy przestępne. UTC będzie powoli oddalać się od czasu astronomicznego przez wiele lat, ale to oddalenie jest zbyt małe, aby zauważyć je w codziennym życiu.
Jaka jest różnica między UTC, TAI i UT1?
TAI to czysty czas atomowy, idealnie stały. UT1 to czas oparty na rzeczywistym obrocie Ziemi. UTC to codzienny standard: działa na sekundach atomowych jak TAI, ale był utrzymywany w zgodzie z UT1 za pomocą sekund przestępnych. Od 2016 roku UTC jest dokładnie 37 sekund za TAI.
Dlaczego po prostu nie pozwolić, aby zegar i Słońce się rozeszły?
To w zasadzie robi decyzja z 2035 roku. Niezgodność narasta tak wolno – rzędu minuty na stulecie – że zajmie pokolenia, zanim zacznie mieć znaczenie, a do tego czasu można zaplanować jednorazową korektę w sposób przemyślany, zamiast łatania co kilka lat.
Ciekawi Cię, jak maszyny faktycznie liczą czas pod tym wszystkim? Sekundy przestępne całkowicie znikają w czasie epoki – wypróbuj nasze konwerter znacznika czasu Unix, aby zobaczyć, jak dokładnie komputery śledzą upływające sekundy.