「閏秒」與「閏年」

上星期, 香港天文台宣佈, 會在今年七月一日, 早上7時59分59秒與8時00分00秒之間, 加多一「閏秒」。「閏年」就聽得多, 每四年就有一次, 今年2012年就是閏年, 但甚麼是「閏秒」呢?

「閏秒」是件比較新的新生事物, 今年才剛滿四十年，亦即是說, 「閏秒」只是在四十年前的 1972年才開始有的。 需要有「閏秒」的原因, 得從甚麼是「一秒」說起。

最初, 「一秒」是根據地球的自轉, 和繞著太陽運行的公轉, 以平均一太陽日的86400分之一 (24小時x60分x60秒) 來定義。到了二十世紀中葉, 發現地球自轉的速度不穩定, 而且是有漸 慢的趨勢, 於是在1956年, 改為以地球繞太陽公轉一週的時間來定義「一秒」。在1967年, 又以化學元素銫133的自然振蕩頻率來定義「一秒」, 並用銫133製成的原子鐘來計時。

因為平均一太陽日的長度非常緩慢地增加中, 而原子鐘所定的「一秒」是固定長度的, 比太陽時的「一秒」為短, 大約是每年少了0.6秒, 當累積相差到一秒, 就以加多一「閏秒」來調節, 令太陽時與原子鐘時的相差縮小。從1972年有「閏秒」開始, 至今的四十年間, 已有24次「閏秒」, 其中9次是在年中的6月30日, 15次是在年尾的12月31日, 而在1972年內, 年中及年尾各有一次, 所以今年7月1日的「閏秒」, 就是第25次了。

為甚麼「閏秒」是在6月30日及12月31日, 而香港今年的「閏秒」,卻是在7月1日的早上8時呢? 因為所謂6月30日及12月31日, 是根據格林威治標準時間為準, 香港的標準時間是格林威治標準時間 + 8 小時, 所以就是翌日的7月1日的早上8時了。 格林威治標準時間的「閏秒」, 是由6月30日的23時59分59秒, 跳到23時59分60秒, 然後才再跳到7月1日00時00分00秒；如此類推, 香港的「閏秒」就是7月1日07時59分59秒, 07時59分60秒, 然後是08時00分00秒了。

回頭又要說說「閏年」。從小學開始, 我們就知道, 公曆每隔四年當年份是4的倍數時, 那年 就是「閏年」, 即該年的2月會有29日。 但其實這只是一個粗略的計算法, 比較準確的會略為嚴謹一些。

先從「閏年」的需要說起。為了方便, 公曆平年計算為365日, 但實際上地球繞太陽公轉一週, 即所謂一「回歸年」, 平均大約是365.24219日, 相差了0.24219日, 每4年就是0.96876日, 大約等於一日, 所以就以每4年增加一日來補回那0.96876日。但那0.96876日與真正的一日還是差了0.03124日, 如果純是以4年一閏的方式下去, 過了100年, 經過25個「閏年」之後, 累積的相差多了0.03124x25=0.781日, 每400年之後, 就是0.03124x25x4=3.124日了。 為了要「微調」這差異, 就逢年份是100的倍數就不閏, 而年份是400的倍數就有閏。 這就解決了逢400年多了3.124日中的3日, 但是還是多了0.124日, 又即每4000年還是多了0.124x10=1.24日, 這還可以再「微調」逢年份是4000的倍數就不閏, 以衝消1.24日中的1日, 多出來的0.24日可以再「微調」為逢年份是16000的倍數就不閏, 以衝消累積的0.24x4=0.96日。 如此類推。

這實在是太長遠的事了, 我們的下100代, 都無須為這點而操心。 世上會有幾人能活過100歲? 所以知道逢「四年一閏」, 就已經基本上夠用了!

講開還要講一下, 今年2012年是特別長的一年, 既有「閏年」, 又有「閏秒」, 所以全年總長是366日+1秒, 之前的1976年、 1992年及2008年, 也是366日+1秒。不過, 至今為止, 最長的一年是1972年, 是366日+2秒呢!