社科在线吴元伟 张泽文
近几十年的地球自转连续观测显示，当前地球自转速度整体处在一个相对“偏快”的阶段。近期的地球自转模型预测，在2035年前出现负闰秒的概率约为10%至30%。与正闰秒(增加一秒)不同，负闰秒(减少一秒)在历史上从未实施过，全球范围内的商业设备、关键基础设施（如电信、能源、金融、交通）的软件和硬件普遍缺乏应对负闰秒的测试和准备，贸然引入负闰秒极有可能导致依赖精确时间同步的系统发生故障或混乱。
如果地球继续转快，人类是否会首次遭遇“负闰秒”事件，也就是在协调世界时（UTC）中减去一秒？要回答这一问题，就需要研究地球自转的规律，并预测地球未来的自转趋势。
是谁在改变地球的转速
地球自转的速度不是恒定的，受日月潮汐和地球圈层间角动量交换的驱动，地球自转的角速度长期减慢，同时叠加受潮汐和地球动力学调制的周期性的加速和减速运动，以及尚不清楚机制的不规则波动。
月球和太阳对地球的长期潮汐摩擦使地球自转逐渐变慢，日长每世纪增加约2.3毫秒；大气、海洋和陆地水会在季节到多年尺度上与固体地球交换角动量；更深处，液态外核、地幔和固态内核之间也可能发生相互作用，进而影响地球自转。
“角动量”可以粗略理解成物体旋转时带有的“转动量”。地球的液态外核和上方地幔之间，也在互相交换这种转动量，从而影响各自的转速。电磁作用、核幔边界地形作用和引力耦合等，都可能参与其中。
在地表以下约2900公里处，地幔之下是液态外核。人类无法直接测量那里的流速，但外核运动会在地磁场长期变化中留下痕迹。在一定物理假设下，可以利用地磁观测反演核幔边界附近的大尺度流动，再估算液态外核角动量怎样变化。这样就有了两条相对独立的观测线索：大地测量告诉我们固体地球怎么转，地磁观测则让研究人员间接看到液态外核怎样运动。
地球自转变化的多层来源示意。地球自转变化既可能受到表层水、冰、大气和海洋等因素影响，也可能与地球深部的地幔、液态外核和固态内核之间的相互作用有关。地球外侧箭头表示整体自转快慢的变化。图中箭头仅为概念示意，不代表真实流动方向或定量大小。
我们在最近的研究中，扣除可建模的潮汐影响和长期背景，并在资料覆盖的时期扣除大气、海洋和陆地水的贡献，再把剩余的日长变化与由地磁资料推断的地核相关变化放在一起比较，发现二者都表现出接近70年的缓慢起伏。这一对应关系支持地核参与几十年尺度自转变化的解释（相关论文可见，Zhang Z.， Wu Y.， Li X.， Yao D.， Cheng X.， Yang X.， Zhang S. An approximately 70-year core-related modulation of Earth rotation and its implications for the leap second. Earth， Planets and Space， 78， 214 (2026). DOI: 10.1186/s40623-026-02529-1.）。这意味着，近些年的短期加速可能只是一个几十年周期起伏的一小部分，未来继续加速下去是不现实的。
闰秒是怎么来的
与等间隔的原子时定义不同，由地球自转定义的世界时的时间间隔是不均匀的。UTC之所以设置闰秒，是为了让原子钟维持的均匀时间与地球自转所反映的天文时间不要偏离太远。自1972年启用现代闰秒制度以来，全球共实施过27次闰秒，而且全部是正闰秒，即在UTC中加一秒。最近一次发生在2016年年底，原本平均一两年就要发生一次的正闰秒已经近十年没有发生了。
一天有24小时，也就是86400秒。但今天国际单位制里的1秒，已经不是靠地球转一圈再除以86400来定义的，而是以铯-133原子基态两个超精细能级之间的跃迁频率为基准，原子钟因此给了人类一把极其均匀的时间标尺。
铯原子喷泉钟 NTSC-CsF2。来源：中国科学院国家授时中心
现代时间体系里，国际原子时（TAI）由全球原子钟共同参与建立，追求均匀、稳定；世界时（UT1）由地球真实自转决定，告诉我们地球此刻究竟转到了哪里；UTC则是日常和工程上广泛使用的时间，秒长跟着原子时间，同时通过闰秒避免和UT1相差过大。现行制度要求，|UT1−UTC|保持在0.9秒以内。
最近一次正闰秒发生时，北京时间2017年1月1日7点59分59秒之后，先来到7点59分60秒，再过一秒才是8点整。负闰秒则相反，会在UTC中跳过一个本应出现的秒标记。按照现行定义，在一天结束时实施负闰秒，UTC会从23:59:58直接进入00:00:00。
闰秒和闰年也不是一回事：闰年解决的是历法与地球公转周期之间的差异，闰秒处理的则是原子时间与地球自转时间之间的差异。日长变化看起来只有毫秒量级，但如果一个同方向的1毫秒日长异常持续一年，在UT1中累积的时间差就约为0.365秒，已达到闰秒制度需要关心的尺度。
网上还有一种说法：“怪不得感觉时间不够用了，原来是地球自转变快了。”按前面的例子，即使每天的日长都比86400秒短1毫秒，持续一整年，累积差值也不到半秒，远不足以让人感到一天明显变短。况且日常计时所用的秒长由原子时间标准确定，不会随着地球自转加快而缩短。这种细微变化需要精密观测才能测出，用它来解释生活中“时间越来越不够用”的感受，没有科学依据。
从不到一秒，放宽到一小时
现有的闰秒机制（容差±0.9秒）会导致UTC时间刻度出现不连续的“跳变”。在数字时代，许多关键系统（如电信网络、金融交易、卫星导航）需要连续、均匀的时间尺度才能稳定运行。为了应对闰秒跳变，各大科技公司（如谷歌、微软）各自开发了“闰秒涂抹”等非标准方法来平滑时间，但这些方法彼此不兼容，反而造成了新的混乱，威胁到全球时间基准的统一性和可靠性。
为避免时间系统发生故障和混乱的风险，2022年，第27届国际计量大会（CGPM）已经决定，最迟在2035年提高UT1与UTC之间允许的最大差值，使UTC至少连续运行一个世纪。2026年拟提交至第28届CGPM审议的C号草案：连续UTC拟从2027年5月20日起生效，|UT1−UTC|的最大允许值由现行的0.9秒放宽至3600秒，也就是1小时。新方案允许|UT1−UTC|的差值在更长时间里累积，让UTC在数千年乃至万年内保持连续，无须再因差值接近一秒而增减闰秒。
虽然负闰秒不会出现，但地球自转的监测还得继续
原子时出现后，由地球自转定义的不均匀的世界时已经不再作为时间间隔的基准，而是作为地球自转姿态的关键参数在北斗、航天测控、精密测绘、天文观测和深空探测等领域发挥着作用。卫星轨道的确定、深空航天器的跟踪定位、乃至地球动力学与气候变化研究，都需要我们持续测量世界时UT1。
现代测量这一不均匀的地球自转时间（世界时UT1）的核心手段是甚长基线干涉测量技术（VLBI）。使用相隔数千乃至上万公里的射电望远镜组网，同时观测来自银河系外的遥远类星体发出的无线电信号，这些天体可以近似充当“宇宙路标”。地球在这些路标面前转过多少角度，就能够被精密测出来，长期、持续的观测则被用于监测地球的自转状态。
中国科学院国家授时中心吉林观测站VLBI射电望远镜。图片来源：中国科学院国家授时中心
因此，即使未来UTC走向连续，在万年内不再需要闰秒，表征地球自转姿态的世界时UT1参数仍然需要长期、稳定、及时地测量和维持。
作者简介：
吴元伟，中国科学院国家授时中心研究员、博士生导师，主要从事地球自转、世界时测量与地球定向参数研究，长期开展VLBI天体测量及相关地球动力学问题研究。
张泽文，中国科学院大学博士研究生，主要从事地球物理与地球动力学领域研究，重点关注地球内部动力过程及其对地球自转变化的影响。
