پایان یک ثانیه مرموز: چرا «۲۳:۵۹:۶۰» دوباره به تعویق افتاد؟

خلاصه مقاله:

• آخرین بار ثانیه کبیسه و نمایش ساعت ۲۳:۵۹:۶۰ در ۳۱ دسامبر ۲۰۱۶ رخ داد؛ اما امسال قرار نیست در ماه ژوئن اضافه شود و احتمال بعدی برای وقوع آن پایان سال ۲۰۲۶ است.
• ثانیه کبیسه برای هماهنگ نگه داشتن ساعت‌های اتمی با چرخش ناپایدار و غیر یکنواخت زمین اضافه می‌شود. این هماهنگی برای عملکرد دقیق سامانه‌هایی مثل جی‌پی‌اس، ارتباطات جهانی و تراکنش‌های مالی ضروری است؛ زیرا همه آن‌ها به زمان‌سنجی بسیار دقیق وابسته‌اند.
• گرچه زمین در بلندمدت کند می‌شود، در سال‌های اخیر سرعت چرخش آن افزایش یافته و همین موضوع باعث شده در چند سال گذشته نیازی به افزودن ثانیه کبیسه نباشد.

آخرین باری که ساعت‌ها عدد ۲۳:۵۹:۶۰ را نشان دادند، ۳۱ دسامبر ۲۰۱۶ بود. بر اساس اعلام سرویس بین‌المللی چرخش زمین و سامانه‌های مرجع، این ثانیه غیرمعمول در ماه ژوئن امسال دوباره اضافه نخواهد شد و در نتیجه، نزدیک‌ترین زمان احتمالی برای وقوع آن پایان سال ۲۰۲۶ خواهد بود. این در حالی است که در سال‌های اخیر، برخلاف گذشته، چندین سال متوالی چنین ثانیه‌ای به زمان رسمی جهان اضافه نشده است.

برای درک موضوع باید دانست چرا اصلاً عددی مانند ۲۳:۵۹:۶۰ وجود دارد. ساعت‌های معمولی طوری طراحی شده‌اند که هر دقیقه ۶۰ ثانیه دارد و روز دقیقاً ۲۴ ساعت محاسبه می‌شود. اما در عمل، سرعت چرخش زمین کاملاً ثابت نیست. به همین دلیل، گاهی لازم می‌شود یک «ثانیه کبیسه» به زمان رسمی اضافه شود تا ساعت‌های اتمی با چرخش واقعی زمین هماهنگ بمانند. این ثانیه اضافی دقیقاً در پایان روز اضافه و باعث می‌شود ساعت‌ها به‌جای ۲۳:۵۹:۵۹، یک ثانیه را به‌صورت ۲۳:۵۹:۶۰ نشان دهند.

دلیل این کار به استفاده از ساعت‌های اتمی مربوط است. زمان بین‌المللی دقیق امروز براساس ساعت‌های اتمی بسیار دقیق تعیین می‌شود. مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا توضیح می‌دهد که این ساعت‌ها بر پایه رفتار بسیار دقیق اتم سزیم-۱۳۳ کار می‌کنند. در این سیستم، یک ثانیه برابر است با ۹٬۱۹۲٬۶۳۱٬۷۷۰ نوسان تابشی بین دو سطح انرژی در اتم سزیم. این روش باعث شده اندازه‌گیری زمان در مقیاسی بسیار دقیق‌تر از هر روش طبیعی دیگر انجام شود.

اهمیت این دقت فقط علمی نیست، بلکه کاملاً کاربردی است. مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا تأکید می‌کند که بدون این زمان‌سنجی دقیق، سامانه‌هایی مانند جی‌پی‌اس، ناوبری هوایی، ارتباطات جهانی، ثبت تراکنش‌های مالی، ارسال ایمیل و حتی هماهنگی شبکه برق با مشکل جدی روبه‌رو می‌شوند. به‌عنوان مثال، موقعیت شما روی نقشه تلفن همراه مستقیماً به هماهنگی زمان میان ماهواره‌ها و گیرنده وابسته است.

بااین‌حال، فقط ماه عامل تغییر نیست. رویدادهای طبیعی بزرگ نیز می‌توانند بر سرعت چرخش زمین اثر بگذارند. برای مثال، زلزله بسیار بزرگ ۹ ریشتری ژاپن در سال ۲۰۱۱ باعث شد جرم زمین جابه‌جا و در نتیجه، چرخش زمین حدود ۱٫۸ میکروثانیه سریع‌تر شود. در آن زلزله، بخش‌هایی از خشکی ژاپن تا حدود ۴ متر جابه‌جا شدند و همین تغییر در توزیع جرم، «گشتاور لَختی» زمین را تغییر داد. براساس قانون پایستگی تکانه زاویه‌ای، وقتی گشتاور لختی تغییر کند، سرعت چرخش نیز تغییر می‌کند.

حتی پروژه‌های انسانی بزرگ نیز می‌توانند اثر مشابهی داشته باشند. برای نمونه، سد «سه‌دره» در چین به دلیل حجم عظیم آبی که ذخیره می‌کند، احتمالاً می‌تواند به‌طور بسیار جزئی طول روز زمین را در حد تقریباً ۰٫۰۶ میکروثانیه، تغییر دهد. این تغییرات بسیار کوچک هستند، اما برای سیستم‌های دقیق زمان‌سنجی اهمیت دارند.

در حدود یک دهه گذشته، نیازی به افزودن ثانیه کبیسه جدید وجود نداشته است؛ زیرا برخلاف روند بلندمدت کند شدن زمین، از سال ۲۰۲۰ سرعت چرخش زمین دوباره افزایش یافته است. از زمان آغاز اندازه‌گیری‌های دقیق با ساعت‌های اتمی در دهه ۱۹۶۰، روند کلی کند شدن زمین مشاهده می‌شد، اما این روند اخیراً معکوس شده و حتی در سال‌های اخیر رکورد کوتاه‌ترین روز زمین چندین بار شکسته شده است.

در نتیجه این تغییرات، بحث‌هایی درباره احتمال افزودن «ثانیه کبیسه منفی» نیز مطرح شده است؛ یعنی حذف یک ثانیه از زمان رسمی برای هماهنگی با چرخش سریع‌تر زمین. بااین‌حال، تاکنون چنین اقدامی ضروری تشخیص داده نشده است.

دلیل دقیق افزایش سرعت چرخش زمین هنوز به‌طور کامل مشخص نیست، اما دانشمندان احتمال می‌دهند تغییر در توزیع جرم زمین نقش مهمی داشته باشد. از جمله عوامل احتمالی می‌توان به ذوب‌شدن یخچال‌های طبیعی و تغییر الگوی ذخیره آب در مخازن نیم‌کره شمالی اشاره کرد.

در حال حاضر براساس داده‌های موجود، انتظار می‌رود در ماه ژوئن نیازی به افزودن ثانیه کبیسه نباشد. اگر این پیش‌بینی درست باشد، به این معنا خواهد بود که حدود ۱۰ سال از آخرین باری که ساعت‌ها عدد غیرعادی ۲۳:۵۹:۶۰ را نشان داده‌اند، گذشته است.