Aktuální číslo:

2024/7

Téma měsíce:

Čich

Obálka čísla

Přestupná sekunda

 |  6. 5. 2024
 |  Vesmír 103, 251, 2024/5
 |  Téma: Čas

První přestupná sekunda byl vložena do mezinárodního atomového času (TAI) 30. června 1972. Předcházelo tomu spuštění atomových hodin v roce 1955, nová definice sekundy jako primární jednotky času v roce 1967 a zavedení mezinárodního atomového času v roce 1971, jak se dočtete v článku Jana Vondráka na s. 274.1)

Za přestupnou sekundu může vysoká přesnost atomových hodin, nepredikovatelné nepravidelnosti rotace Země a to, že za sebou táhneme minulost. Např. pro astronomy, stejně jako pro námořní a letecké navigátory, bylo výhodné zachovat synchronizaci hodin s orientací Země vůči nebeské souřadnicové soustavě. Přestupná sekunda měla udržet rozdíl mezi „civilním“ časem UT1 a nově zavedeným univerzálním koordinovaným časem UTC v rozmezí ± 0,9 s. V době, kdy se zaváděla přestupná sekunda, neexistovaly celosvětově dostupné služby jako GPS, Facebook nebo Google. Svět byl značně „prodrátován“ telekomunikačními kabely, dokonce již běžel projekt globálního navigačního satelitního systém (GNSS), přestupná sekunda se zdála být nedůležitým problémem. Od roku 1971 bylo v nepravidelných intervalech vloženo 37 přestupných sekund. Že je namístě vložit přestupnou sekundu, oznamuje Mezinárodní služba pro rotaci Země a referenční systém (IERS), zpravidla už když rozdíl (UT1 a UTC) překročí hranici 0,6 s, aby tak s dostatečným předstihem zajistila, že na přelomu jednoho dne (obvykle to bývá 30. červen nebo 31. prosinec) bude po sobě následovat 23.59:59 – 23.59:60 – 00.00:00 a rozdíl obou časů zůstane v dohodnutých mezích. Telekomunikační a počítačové sítě, GPS a řada dalších služeb však běží podle atomového času a přestupná sekunda je pro ně zbytečná komplikace.

Úhlová rychlost tekutého zemského jádra se v posledních letech snižuje, což vede ke zrychlování rotace Země. Tání ledovců polárních oblastí přesouvá obrovské masy vod směrem k rovníku a na rotaci Země působí opačně – tedy zrychlování rotace Země zpomaluje. „Extrapolace trendů pro jádro a ostatní fenomény relevantní pro budoucí zemskou rotaci ukazuje, že UTC, tak jak je nyní definován, bude kolem roku 2029 vyžadovat přestupnou sekundu odečíst,“ píše geofyzik Duncan Agnew v časopisu Nature.2) A protože se přestupná sekunda dosud vždy jen přičítala, vzbudilo to v komunitách spoléhajících na synchronizaci další neklid. Ne bez důvodu – např. v roce 2012 přestala po přičtení přestupné sekundy na 40 minut fungovat služba Reddit. Kolaps nějaké služby není jediná komplikace. Další zmatky do toho vnášejí ad hoc metody, kterými se jednotlivé digitální systémy s přestupnou sekundou vyrovnávají. Google „rozmazává“ přestupnou sekundu po předchozích 24 hodinách, Facebook zase po následujících 18 hodinách, Microsoft po posledních dvou sekundách a Alibaba po intervalu 24 hodin se středem v přestupné sekundě. A jak dále uvádí Patrizia Tavella, ředitelka oddělení času Mezinárodního úřadu pro míry a váhy (BIPM): „Z hlediska řízení složitých systémů představuje aplikace přestupné sekundy na všechny satelitní hodiny ve stejný okamžik riziko. Proto se většina globálních družicových navigačních systémů (s výjimkou systému GLONASS) rozhodla synchronizovat své hodiny a časovou stupnici s UTC hned od začátku, aniž by přidávala přestupné sekundy. Dnes je tedy čas GPS o 18 sekund před UTC. Totéž platí pro čas systému Galileo, zatímco čas čínského systému BeiDou je napřed o čtyři sekundy.“3)

Generální konference pro míry a váhy se na svém 27. zasedání koncem roku 2022 sice rozhodla nadále udržovat UTC v souladu s rotací země, avšak z řady velmi racionálních důvodů zvýšit hranici pro rozdíl (UT1 – UTC) v roce 2035 nebo dříve tak, aby kontinuita UTC byla zajištěna po dobu nejméně jednoho století. Zároveň pověřila Mezinárodní výbor pro míry a váhy (CIPM), aby připravil příslušný návrh a projednal jej s dalšími organizacemi, aby mohl být přijat na příští Generální konferenci BIPM v roce 2026.4)

Konec 18. století a celé 19. století byly ve znamení hledání společných světových jednotek délky, váhy a času. Nepřeberné množství místních jednotek komplikovalo státní správu. Nejjednodušší bylo přijetí metru jako jednotky délky. Na návrh Francouzské akademie věd z roku 1790, že by to měla být desetimiliontá část zemského poledníku od rovníku po severní pól procházející Paříží, proběhlo v letech 1792 až 1799 měření mezi Barcelonou a Dunkerquem. Zákonem byl povinně užíván od 2. listopadu 1801. Roku 1812 povolil Napoleon Bonaparte opět užívat staré jednotky, a tak je ve Francii metr natrvalo povinně užíván až od roku 1840. Francie usilovala o jeho rozšíření a dosáhla, že v květnu 1875 na mezinárodní metrické konferenci v Paříži podepsalo osmnáct zemí metrickou konvenci a dohodly se na zřízení Mezinárodního úřadu pro míry a váhy. Racionální a neméně důležitý však byl také s metrem a kilogramem spojený decimální systém. Francouzi v nadšení pro racionalitu usilovali rovněž o nahrazení šedesátkové soustavy pro počítání času a předmětem dlouhých sporů se stala i volba nultého poledníku. Decimalizace času se neprosadila, nultý poledník neprochází Paříží, ale královskou observatoří v Greenwichi. Celosvětový a pásmový čas si vynutil rozvoj železniční dopravy, pro niž byly lokální časy nepřijatelnou překážkou.5) Podívat se na tuto historii mezinárodního dohadování je poučné dodnes. 

Poznámky

1) V Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR (ÚFE) provozuje cesiové atomové hodiny Laboratoř státního etalonu času a frekvence, která je přidruženou laboratoří Českého metrologického institutu. Tato laboratoř je členem České infrastruktury pro čas a frekvenci CITAF a dlouhodobě vytváří a rozvíjí mezinárodně významnou národní časovou stupnici Tempus Pragense UTC(TP).

ÚFE se spoluúčastní projektu QueenTec (Kvantové inženýrství a nanotechnologie) koordinovaného Ústavem přístrojové techniky. Spolu s ním a se sdružením CESNET budou vyvíjet ultrapřesné iontové hodiny a distribuci ultrapřesných signálů na národní a evropské úrovni.

2) Agnew D. C.: Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07170-0. ha 2005, 328 s.

3) Tavella P.: Coordinated Universal Time: An overview. ITU News Magazine, 2023/2.

4) 27th CGPM: Key outcomes and documents, DOI: 10.59161/CGPM2022RES4E.

5) Peter Galison: Einsteinovy hodiny a Poincarého mapy (Říše času), Mladá fronta, a. s., Praha 2005, 328 s.

Ke stažení

TÉMA MĚSÍCE: Čas
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Různé, Fyzika
RUBRIKA: Úvodník

O autorovi

Ivan Boháček

Mgr. Ivan Boháček (*1946) absolvoval Matematicko-fyzikální fakultu UK v Praze. Do roku 1977 se zabýval v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského molekulovou spektroskopií, do roku 1985 detektory ionizujících částic v pevné fázi v Ústavu pro výzkum, výrobu a využití radioizotopů. Spolu s Z. Pincem a F. Běhounkem je autorem knihy o fyzice a fyzicích Newton by se divil (Albatros, Praha 1975), a se Z. Pincem pak napsali ještě knihu o chemii Elixíry života a smrti (Albatros, Praha 1976). Ve Vesmíru působí od r. 1985.
Boháček Ivan

Další články k tématu

Astronomické hodiny ve vesmíruuzamčeno

Měření času je nyní neodmyslitelnou součástí lidské existence. Astronomické jevy, které nám kdysi sloužily jako spolehlivé časomíry, jsou v dnešní...

S časem i bez časuuzamčeno

Přestože je určitě pro většinu z nás subjektivně existence času něčím téměř nezpochybnitelným, rozvahy nad jeho podstatou a s tím spojené úvahy o...

Měření času v astronomii od nejstarších dob dodnesuzamčeno

Čas je v principu možné měřit pouze pomocí periodicky se opakujících jevů o dostatečné stabilitě. Měření času bylo proto od nepaměti svázáno s...

Chemie v éře attosekunduzamčeno

Femtosekundové laserové pulzy změnily v osmdesátých letech chemii. Máme podobnou revoluci čekat i od attosekund? Spíš ne… ale kdo ví.

Čas na poslední kafeuzamčeno

Kávu zbožňujeme pro její vůni a chuť, ale také pro její povzbuzující účinky. Omamná vůně kávy se uvolňuje při pražení, kdy vznikají těkavé...

Archeologie mytického času předkůuzamčeno

Vnímali naši pravěcí předchůdci čas jako dnes my? Zdá se, že nikoliv. Dávní zemědělci neměli lineární pojetí času a historické vědomí minulosti....

Transcendentální estetika časuuzamčeno

Jednou ze zvláštních forem času jsou situace, kdy se mimo rámec postupných změn, naplňujících obraz kauzálních relací, vynořují nečekaná setkání...

Čas v mapáchs podporou

Geoinformatika nabízí pohled na Zemi nejen z hlediska „kde“ se co stalo, ale také „kdy“ se to stalo. Pojďme se podívat na to, jak dokážeme čas –...

Nanosvět, v němž je sekunda téměř věčnostís podporou

V nanosvětě, v němž se plně projevují podivuhodné efekty kvantové fyziky, se spolu se zmenšováním objektů zkracuje i čas probíhajících dějů....

Na Měsíci běží čas rychleji. Co s tím?

Čas na povrch u Měsíce plyne zásluhou slabší gravitace nepatrně rychleji než na Zemi (o 58,7 mikrosekundy za den). Pokud by Neil Armstrong a Buzz...

Relativistický čas – čas našeho světa

„Někteří filozofové … se domnívají, že fyzika není schopna popsat nejzákladnější aspekty reality, a zavrhují ji proto jako zavádějící formu...

Doporučujeme

Algoritmy pro zdraví

Algoritmy pro zdraví

Ondřej Vrtiška  |  8. 7. 2024
Umělá inteligence proniká do medicíny a v následujících letech ji nejspíš významně promění. Regina Barzilay z MIT má pro vývoj nástrojů...
Mají savci feromony?

Mají savci feromony?

Pavel Stopka  |  8. 7. 2024
Chemická komunikace je způsob předávání a rozpoznávání látek, jímž živočichové získávají informace o jiných jedincích, o jejich pohlaví a věku, o...
Jak funguje moderní speleologie

Jak funguje moderní speleologie uzamčeno

Michal Filippi, Jan Sirotek  |  8. 7. 2024
Přesně před 150 lety byla na prodej Mamutí jeskyně. Systém, který do té doby sloužil jako místo pro těžbu ledku z guana, byl k mání za pouhých...