För att hålla vår gregorianska kalender synkroniserad med genomsnittlig soltid (UT1-tidsskala), måste vi lägga till en sekund en gång i taget förutom att lägga till en dag var fjärde år. Det finns emellertid mer komplexitet som vi måste tänka på.

Som datorsystemprogrammerare var jag en gång tvungen att skriva en algoritm för att bestämma veckodagen (måndag, tisdag, etc.) för en viss kalenderdag. Det krävde en grundlig förståelse för hur vi beräknar dagarna i vår kalender. Så jag kan förklara det för dig.

Extremt noggranna tidsmätningar

Vi lever i en tid då vi har resurser att göra extremt exakta mätningar. Vi har tekniken för att mäta jordens rotation så exakt att vi kan upptäcka hur den avtar. Vi använder atomklockor för att hålla en exakt redogörelse för tiden.

Det finns nationella standardbyråer i många länder som har ett nätverk av atomklockor. De hålls synkroniserade med extrem noggrannhet.

Dessutom har vi master-atomklockan vid US Naval Observatory i Washington, vilket tillhandahåller tidsstandarden för det amerikanska försvarsdepartementet.

NIST-F1, en atomklocka med cesiumbrunn som utvecklats vid NIST-laboratorierna 2013 i Boulder, Colorado, är mer exakt än tidigare atomklockor. 1

Hantera de extra fraktionerna av dagar

Om det tar exakt 365 dagar för jorden att kretsa kring solen, skulle vi ha en perfekt kalender, och vi behöver inte göra korrigeringar.

Om ett år hade 365 och en fjärdedag exakt, skulle lägga till en dag var fjärde år fungera underbart. Tyvärr går vår jord runt solen på 365.2426 dagar, så att lägga till en dag var fjärde år är för mycket.

Vi lägger till en extra dag, 29 februari, var fjärde år. Men vi måste hoppa över detta tillägg en gång i taget.

Jag kommer att gå lite djupare in i matematiken för att förklara detaljerna. Om den extra fraktionen under 365 dagar var exakt 0, 25 (en extra fjärdedel per dag), läggs var fjärde år till en hel dag. Om det var korrekt skulle vi bara lägga till den extra dagen i slutet av februari vart fjärde år, men det gör vi inte. Vi måste hoppa över några hoppår.

Vi måste hoppa över ett hoppår vart 100 år

Den bråk som jag nämnde tidigare, 0.2426, är lite mindre än en fjärdedel av dagen. Därför måste vi varje 100 år hoppa över tillägget av en dag i februari - annars skulle vi lägga till för mycket.

Att hoppa över ett skottår vartannat år fungerar bara om extratiden var exakt 0, 25. Men vi är fortfarande av med nästan 0, 01 från en fjärdedel. Den .01 ger upp till 1 på 100 år. Därför måste vi hoppa över ett skottår vartannat år. Om vi ​​inte hoppade över det, skulle vi lägga till för många dagar i kalendern.

Men vänta! Det är fortfarande inte perfekt! Vi kommer fortfarande att synkronisera med soltid om vi inte tar det ett steg längre.

Vi måste lägga till en extra dag var 400: e år

Som ni ser har vi fortfarande det extra .0026 som vi är ute när vi hoppar över ett skottår vart 100 år. Om du lägger till det, med något avrundningsfel, är den .0026 lite över en dag var 400 år (.0026 x 400 = 1.04).

Det betyder att hoppa över ett skottår vartannat år också behöver justeras. Vi måste lägga till en dag tillbaka i. Vi måste hålla det där skottåret vart 400 år för att få en extra dag tillagd.

Det enklaste sättet att lägga till den saknade dagen tillbaka är att " inte hoppa över" ett skottår när året är ett multipel av 400. Med andra ord håller vi den 29 februari på kalendern var 400 år trots att det är ett multipel av 100 .

Förklara det i en mening

För att säga allt i en mening: Vi lägger till en dag var fjärde år, men inte vart 100 år, såvida det inte är ett fjärde århundrades år, då lägger vi till den extra dagen i alla fall.

Tabell över hoppår och skälen till det

ÅrHoppår om multipel av 4Men hoppa över om 100Om det inte är ett multipel av 400Skottår?
1600Ja-JaJa
1700JaJaNejNej
1800JaJaNejNej
1900JaJaNejNej
2000Ja-JaJa
2004JaNej-Ja
2008JaNej-Ja
2012JaNej-Ja
2016JaNej-Ja
2100JaJaNejNej
Som anges i denna tabell lägger vi till en dag för ett skottår vart fjärde år, men inte vart 100 år om det inte är ett år delbart med 400.

Hoppsekunder behövs för

Algoritmen för skottår ger fortfarande inte perfekt noggrannhet. Att lägga till några sekunder krävs också. Klimat och geologiska händelser kan få jordens revolution kring solen att svängas.

Jordens rotation kring sin egen axel är inte konsekvent. Det tenderar att sakta ner och påskynda någonsin så lite.

En jordbävning med en storlek på 9, 0 i Japan 2011 hade förskjutit jordens axel med en mängd mellan 10 cm (25 tum) och 25 cm (10 tum). Dessa fluktuationer kan ändra längden på en dag med en liten mängd, och vi måste justera vår kalender i enlighet därmed. 2

För att förbättra noggrannheten i våra tidsklockor måste vi lägga till en sekund eller två varje år. Det kallas ett språngsekund. 3

Att planera tillägget av en extra sekund till ett år görs för att göra dessa justeringar.

Det läggs vanligtvis till, vid behov, som en extra sekund vid midnatt, Koordinerad Universal Time (UTC), den 30 juni eller 31 december.

Före språng justeringar andra gången

Internationella jordrotations- och referenssystemstjänsten är byrån som bestämmer när de ska justera språng andra gången. De tillämpar ett hoppsekund när det är nödvändigt för att förhindra att klockan är mer än 0, 9 sekund av.

Här är en tabell över datum när en sekund lades till. Varje tillägg var vid midnatt (UTC):

  • 31 december 2008
  • 31 december 2005
  • 30 juni 2012
  • 30 juni 2015
  • 31 december 2016
  • 30 juni 2018

Slutgiltiga tankar

Fysiska händelser, t.ex. jordbävningar, kan skjuta jorden tillräckligt för att kräva att ytterligare ett steg kommer att läggas till så att våra klockor förblir synkroniserade med det sätt vi representerar tid.

Det är en pågående kamp för att hålla våra tidsmätningar så exakta som möjligt. Med den nuvarande tekniken har vi möjligheterna att göra det.

referenser

  1. Fysiskt mätlaboratorium. (19 oktober 2018). NIST-F1 Atomklocka Cesiumfontän. NIST Time and Frequency Division
  2. "T hoku jordbävning och tsunami 2011." Wikipedia
  3. "Hoppa andra." Wikipedia

Glenn Stok 2012