「マイナスのうるう秒」は延期されるのか？気候変動が世界の時刻管理に与える影響

中国科学院国家時間サービスセンター副所長 竇忠氏

最近（2024年3月27日）、英国の科学誌「ネイチャー」は、気候変動により地球の自転が遅くなり、地球の時刻計測に影響が出ているという記事を掲載した。記事では、近年、地球の核の変化により地球の自転速度が急激に増加し、人類史上初の「マイナスの閏秒」が発生する可能性があるとみている。しかし、地球温暖化により極地の氷床が急速に溶け、地球の自転速度が遅くなり、「マイナスのうるう秒」が遅れる可能性がある。

どうしたの？ 「マイナスのうるう秒」の発生または発生の遅れは、私たちとどのような関係があるのでしょうか?

うるう秒とは何ですか?なぜポジティブとネガティブを区別する必要があるのでしょうか?

世界には、地球の自転に基づく世界時 (UT1) と原子の振動周期に基づく国際原子時 (TAI) という 2 つの一般的な計時システムが存在します。地球の自転速度の不均一性により、時間の経過とともに 2 つのタイミング システム間に時間差が生じます。これが「協定世界時」(UTC) の概念の由来です。 「協定世界時」は、国際原子時の秒の長さに基づいており、時間的には世界時間に可能な限り近いものです。協定世界時 (UTC) と世界時 (UT1) の予測時間差が 0.9 秒を超える場合、協定世界時に 1 秒の調整が行われます。これがうるう秒です。

図 1: 国際原子時にうるう秒を挿入すると、協定世界時が得られます。

正のうるう秒は、協定世界時を 1 秒戻す (1 秒を加算) ことであり、負のうるう秒は、協定世界時を 1 秒進める (1 秒を減算) ことです。

図2: 正のうるう秒と負のうるう秒

1972 年に協定世界時 (UTC) が誕生して以来、合計 27 回のうるう秒が実装されてきましたが、そのすべてが正のうるう秒でした。負のうるう秒はこれまで使用されたことはありません。言い換えれば、この 52 年間、地球の自転速度は原子時間の速度に比べて遅くなっており、そのパターンはおおよそ「3 年に 2 回の閏年」となっています。しかし必ずしもそうとは限りません。例えば、1998年から2005年までの7年間はうるう秒がなく、2017年以降もうるう秒はありません。これは、この2つの期間中に地球の自転速度が遅くなり続けなかったことを示しています。

図 3: 1958 年以来、協定世界時と国際原子時の差は 37 秒となっています。 1972 年以降、27 回の閏秒が発生しましたが、そのすべてが正の閏秒でした。

極地の氷が溶けると「マイナスのうるう秒」の到来が遅れるのはなぜですか?

潮汐などの要因の影響により、地球の自転は長期的に減速傾向にあるため、これまでの閏秒調整はすべてプラスの閏秒となっています。

カリフォルニア大学サンディエゴ校海洋学研究所の地球物理学者ダンカン・アグニュー氏は、衛星データを用いて地球の自転速度と核の動きの影響を研究した。同氏は、近年、地球の中心核の液体部分の自転角速度が一定の変化率で減少し続けており、それが地球の残りの固体部分の自転角速度の増加を引き起こしていると述べた。この影響により、極地の氷の融解を考慮に入れなければ、地球上で最初のマイナスの閏秒調整が早ければ2026年にも必要になる可能性がある。

図 4: 1972 年から現在までの 52 年間の測定された世界時 UT1 と協定世界時 UTC の差の曲線。

これは、1972 年から現在までの 52 年間にわたる UT1 と協定世界時 (UTC) の測定された差の曲線です。図からわかるように、dUT1（UT1とUTCの差）は半世紀にわたって減少し続けています。 0.9 秒に近づくと、国際地球回転サービス (IERS) は曲線の傾向に応じて適時にうるう秒 (曲線を 1 秒戻す) を開始します。この 52 年間で 27 回の閏秒が発生しましたが、そのすべてが正の閏秒でした。しかし、2020年半ば以降、曲線は確かにトレンドを逆転させており、今後数年間で史上初の「マイナスの閏秒」を引き起こす可能性があります。

しかし、ここ数十年、グリーンランドと南極の氷の急速な融解により、地球の質量の一部が両極から赤道付近に移動し、地球の自転角速度が低下しています。これは、フィギュアスケートの選手が腕を頭の上に上げると回転が速くなり、腕を横に伸ばすと回転が遅くなるのと似ています。その結果、アグニュー氏は最初のマイナスの閏秒調整が2029年まで延期される可能性があると予測した。

マイナスのうるう秒は私たちにどのような影響を与えるのでしょうか?

地球温暖化は地球の自転速度の変化に影響を及ぼし、これは世界時 (UT1) と密接に関係しています。地球温暖化により、極地の氷床はより速く溶け、地球の質量の一部は両極から赤道へと移動し、固体地球の角速度は以前よりも速く低下しています。これにより、世界時 (UT1) の秒の長さが直接的に長くなり、うるう秒の頻度に影響し、さらに国際標準時である協定世界時のうるう秒にも影響します。

世界時（UT1）は、地球の自転に基づいた時間スケールであり、国家標準時の重要なパラメータです。世界時測定サービスは、時刻同期、衛星航法、深宇宙探査、高精度天体測量に必要な基本サービスです。近年、国立時刻サービスセンターは、VLBI計測システムと天頂カメラ望遠鏡に基づく世界時刻計測システムを確立しました。広帯域VLBIのUT1と国際GNSS監視評価システム（iGMAS）の日長変化を統合することにより、初めて100の精度の世界時間の独立した測定とデータサービスを実現し、初めて我が国のさまざまなタスクのニーズを満たすことができます。

うるう秒は、継続的な計時を必要とする通信、航行、ネットワークなどの運用に一定の影響を及ぼすことから、近年、うるう秒の廃止をめぐって大きな議論が巻き起こっています。これに関連する国際会議ではいずれも、うるう秒を維持するか中止するかの賛否に関する証拠が不十分であること、また、うるう秒を中止した後の明確で安全な移行計画が欠如していることから、合意に達するのが困難となっている。この問題は2022年の第27回国際度量衡総会でも再度議論され、会議では2035年までにうるう秒を廃止すべきとの結論が出されました。そして、すべての関係者が協議し、少なくとも100年間、おそらくは「うるう年」にわたって「協定世界時」を維持できる新しい計画を提案することを求めています。会議では、2026年の第28回国際度量衡会議でUTCとUT1の最終的な差異を定めることを目指し、うるう秒廃止後の時刻運用の技術的移行計画を段階的に議論することを決定した。

国立時刻サービスセンターが世界時間の自主性に関して達成した仕事と、10年以上の努力を考慮すると、2035年にうるう秒が廃止されるかどうかは、我が国の経済社会の発展と国家安全保障に影響を与えることはないでしょう。

2035年にうるう秒が廃止される前に、人類史上最初で最後の「マイナスのうるう秒」が発生するかもしれない。待って見てみましょう。 「負のうるう秒」の到来は、世界中のコンピュータシステムに問題をもたらす可能性がある。 「コンピュータシステムは正のうるう秒しか扱わず、負のうるう秒の到来を実際に予測できる人は誰もいなかったため、これまでこの問題に気付いた人はいなかった。そのため、私たちが直面しようとしている混乱の規模を予測できなかった」とアグニュー氏は語った。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

著者名: Dou Zhong

査読者: 中国科学院国家時間サービスセンター、高哲

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司