Високосна секунда, або секунда координації () — це односекундна корекція, яка іноді застосовується до Всесвітнього координованого часу (UTC) для того, аби утримувати тривалість та початок доби за цим часом близькими до квазірівномірного всесвітнього часу (UT1). Без такої корекції час, який визначається обертанням земної кулі, почне поступово відхилятися від сонячного часу внаслідок нерівномірного обертання Землі. Відтоді, як така система корекції була запроваджена у 1972 році, станом на 2017 рік до Всесвітнього координованого часу було додано 27 високосних секунд. Останнє таке додавання відбулося 31 грудня 2016 року о 23:59:60 UTC, до того — 30 червня 2015 року. Наступна високосна секунда може бути додана 30 червня 2027 року, але це малоймовірно, зважаючи на невелику прогнозовану різницю UTС та UT1 впродовж року..

Стандарт часу UTC, який широко застосовується як міжнародна міра часу, а також як основа для цивільного часу в більшості країн, використовує визначення секунди за міжнародною системою одиниць (SI), на основі даних атомного годинника. Як і в більшості стандартів часу, в основі UTC лежить об'єднання груп секунд у хвилини, години, дні, місяці та роки. Однак тривалість середнього сонячного дня є дещо довшою аніж 24 години (або 86 400 секунд системи SI). Тому, якщо визначати тривалість доби стандарту UTC рівною точно 86 400 секундам SI, то денний час UTC повільно відхилятиметься від руху сонця по небесній сфері — як його фіксують середній час за Гринвічем (GMT) та його наступник — всесвітній час (UT, UT1). Метою введення високосної секунди є компенсація подібного відхилення шляхом визначення тривалості певних UTC-днів у 86 401 (або 86 399) секунд системи SI.

Зокрема, високосна секунда додається поміж секундою 23:59:59 обраної календарної дати UTC (останній день місяця, зазвичай 30 червня або 31 грудня) та секундою 00:00:00 наступної дати. Така додаткова секунда відображається на UTC-годинниках як 23:59:60. На годинниках, які показують місцевий час, прив'язаний до UTC, високосна секунда може вставлятися наприкінці іншої години (або половини години, або чверті години), залежно від місцевого часового поясу.

Віднімання високосної секунди усуває секунду 23:59:59 останнього дня обраного місяця, таким чином, одразу ж за секундою 23:59:58 цієї дати йтиме секунда 00:00:00 наступної. Втім, із моменту запровадження стандарту UTC, віднімання високосної секунди так ніколи й не застосовувалося.

Оскільки швидкість обертання Землі змінюється у відповідь на кліматичні та геологічні чинники, додавання високосних секунд у системі UTC є нерегулярним та непередбачуваним. Додавання кожної високосної секунди в UTC зазвичай узгоджується Міжнародною службою обертання Землі (МСОЗ) приблизно за шість місяців до самого додавання, при цьому основна увага зосереджується на потребі впевнитись в тому, що різниця між значеннями часу в системах UTC та UT1 ніколи не перевищить 0,9 секунди. Із часу запровадження високосної секунди у 1972 році по грудень 2016 року було додано загалом 27 високосних секунд.

Історія

Близько 140 року н. е. Птолемей розділив за шістдесятковою системою числення середній та дійсний сонячний день, щонайменше до шести позицій після шістдесяткової точки (тобто, день шість разів ділився на 60, від тривалості дня бралася , від неї ще , від неї — ще і т. д.) таким чином, що час визначався з точністю до 2 мікросекунд. Він використовував прості дроби (, тощо) години рівнодення (), та сезонної години (), а також градуси часу ( дня, або 4 сучасні хвилини) для визначення коротких проміжків часу, жоден з яких, втім, не нагадував сучасної секунди або хвилини. Мусульманські вчені, в тому числі Аль-Біруні бл. 1000 року н. е., розділили середній сонячний день на 24 години рівнодення, кожна яких в свою чергу ділилася за шістдесятковою системою числення, тобто на такі одиниці, як хвилина, секунда (від  — «друга») та наступні порядкові одиниці — третя, четверта та п'ята. Таким чином в процесі цього поділу була визначена сучасна секунда, як середньої сонячної доби. Одиниці використовувались для визначення тривалості синодичного місяця у єврейському календарі та відповідних астрономічних циклах. З цим визначенням у 1874 році секунда була запропонована для використання як одиниця часу в системі фізичних одиниць СГС. Невдовзі після цього Саймон Ньюком та інші дослідники виявили, що період обертання Землі нерівномірно варіюється, тож у 1952 році Міжнародний астрономічний союз (МАС) визначив секунду як частку сидеричного року. Оскільки тропічний рік вважався більш фундаментальним, ніж сидеричний, у 1955 р. МАС перевизначили секунду як частку від 1900 тропічного року. Це визначення було прийняте у 1956 році Міжнародним комітетом мір та ваг, та у 1960 році Генеральною конференцією мір та ваг, в результаті ставши частиною Міжнародної системи одиниць (SI).

Згодом і це визначення виявилося невідповідним для точного вимірювання часу, тому в 1967 році секунда SI була ще раз перевизначена як 9 192 631 770 періодів випромінювання атома цезію-133 при переході між двома надтонкими рівнями основного стану.

Це значення узгоджувалося до 1 із 1010, при порівнянні з астрономічною (ефемеридною) секундою, яка тоді використовувалась. Воно було також близьким до середньої сонячної доби, значення якої було вирахуване за період між 1750 та 1892 роками.

Протягом останніх декількох століть тривалість сонячної доби збільшувалася в середньому приблизно на 1,7 мс за століття. Таким чином, стандарти часу, за якими дата змінюється чітко після 86 400 секунд SI, такі як Міжнародний атомний час (TAI), все більше віддалятимуться (спішитимуть) від стандартів часу, прив'язаних до середньої тривалості сонячної доби, таких як середній час за Гринвічем (GMT) та квазірівномірний всесвітній час (UT1).

Коли в 1961 році був заснований стандарт Всесвітнього координованого часу, відчувалася необхідність його узгодження із сонячним часом. Як орієнтир для служб часу, що транслювалися в радіоефірі, тоді застосовувався всесвітній час (від 1925 року він замінив стандарт GMT). З 1961 до 1971 року UTC залишався синхронізованим із всесвітнім часом (UT1). Протягом цього періоду секунди служб сповіщення часу дорівнювали секундам UT1 і були дещо довшими, аніж секунди атомного годинника.

У 1972 році була запроваджена система високосних секунд, завдяки якій загальновживані секунди UTC стали рівними стандартним секундам SI, але початок доби в UTC синхронізується з UT1. До того моменту різниця між годинниками UTC та TAI вже складала 10 секунд. TAI був розсинхронізований із UT1 ще в 1958 році, і відтоді його основою були секунди SI. Починаючи з 1 січня 1972 року обидва годинники працювали на секундах SI. Станом на січень 2017 року до UTC було додано ще 27 високосних секунд. Таким чином, різниця між TAI та UTC на січень 2017 року становила 10+27=37 секунд, а нові високосні секунди змінюватимуть цю різницю й надалі.

Додавання високосних секунд + Високосні секунди, оголошені дотепер Рік 30 черв. 31 груд. 1972 +1 +1 1973 0 +1 1974 0 +1 1975 0 +1 1976 0 +1 1977 0 +1 1978 0 +1 1979 0 +1 1980 0 0 1981 +1 0 1982 +1 0 1983 +1 0 1984 0 0 1985 +1 0 1986 0 0 1987 0 +1 1988 0 0 1989 0 +1 1990 0 +1 1991 0 0 1992 +1 0 1993 +1 0 1994 +1 0 1995 0 +1 1996 0 0 1997 +1 0 1998 0 +1 1999 0 0 2000 0 0 2001 0 0 2002 0 0 2003 0 0 2004 0 0 2005 0 +1 2006 0 0 2007 0 0 2008 0 +1 2009 0 0 2010 0 0 2011 0 0 2012 +1 0 2013 0 0 2014 0 0 2015 +1 0 2016 0 +1 2017 0 0 2018 0 0 2019 0 0 2020 0 0 2021 0 0 2022 0 0 2023 0 0 2024 0 0 2025 0 0 2026 0 0 Рік 30 черв. 31 груд. Всього 11 16 27 Поточна різниця, TAI − UTC 37 (по 30 червня 2027)

Питанням додавання високосних секунд початково займалося Міжнародне бюро часу (МБЧ), але з 1 січня 1988 року це завдання перейшло у компетенцію Міжнародної служби обертання Землі (МСОЗ). МСОЗ зазвичай приймає рішення застосувати високосну секунду тоді, коли різниця між UTC та UT1 досягає 0,6 с, аби не допустити ситуації, коли різниця між UTC та UT1 перевищить 0,9 с.

Стандарт UTC дозволяє додавати високосні секунди наприкінці будь-якого UTC-місяця, але станом на січень 2017 року, всі такі секунди були додані або 30 червня, або 31 грудня. МСОЗ публікує оголошення (в своєму «Бюлетені C») кожних шість місяців, де повідомляється, чи буде застосована високосна секунда чи ні: на початку січня — для 30 червня, на початку липня — для 31 грудня. Деякі радіотрансляції сигналів точного часу супроводжуються голосовим повідомленням про майбутнє додавання високосної секунди.

З 1972 по 2016 роки високосну секунду додавали в середньому раз на 20 місяців. Однак періоди між їх додаванням — досить нерегулярні: протягом семирічного інтервалу між 1 січня 1999 року та 31 грудня 2005 року не було жодної високосної секунди, натомість було додано аж 9 таких секунд протягом восьми років — між 1972 та 1979 роками включно.

На відміну від високосних днів, високосні секунди в системі UTC застосовують одночасно в усьому світі; наприклад, високосна секунда 31 грудня 2005 року, 23:59:60 UTC, відповідає секунді 31 грудня 2005 року, 18:59:60 Північноамериканського східного стандартного часу та секунді 1 січня 2006 року, 08:59:60 Японського стандартного часу.

Сповільнення обертання Землі

Високосні секунди додаються нерегулярно, оскільки швидкість обертання Землі змінюється теж нерегулярно. Насправді, обертання Землі є досить-таки непередбачуваним у тривалих проміжках часу, чим і пояснюється те, що про введення додаткової високосної секунди оголошують не раніше ніж за шість місяців до цього.

Математична модель варіацій тривалості сонячної доби була розвинена Ф, Р. Стівенсоном та Л. В. Моррісоном на основі даних про затемнення в період між 700 роком до н. е. та 1623 роком н. е., телескопічних спостережень за покриттями небесних тіл в період між 1623 та 1967 роками, та згодом — даних атомних годинників. Ця модель демонструє постійне збільшення тривалості середньої сонячної доби на за століття, плюс періодичне зміщення з амплітудою в 4 мс та частотою близько 1500 р. Протягом останніх декількох століть періодичний компонент дещо сповільнив швидкість, з якою збільшувалася середня тривалість сонячної доби, до на століття.

Основною причиною сповільнення обертання Землі є припливне тертя, яке, навіть окремо взяте, могло б збільшувати середню тривалість дня на 2,3 мс/століття. До інших факторів, які справляють значний вплив на обертання Землі, є рух земної кори відносно ядра планети, зміни в конвекції мантії Землі, та будь-які інші явища чи процеси, які спричиняють значний перерозподіл маси. Ці процеси змінюють земний момент інерції, тим самим впливають на швидкість обертання внаслідок збереження моменту імпульсу, іноді навіть збільшуючи швидкість обертання Землі (як наслідок — скорочується сонячна доба). Наприклад, гляціоізостазія скорочує сонячну добу на 0,6 мс/століття, а землетрус в Індійському океані 2004 року, як вважають, скоротив її на 2,68 мікросекунди.

Пропозиція відмінити високосні секунди Нерегулярність та непередбачуваність високосних секунд UTC становить проблему в деяких галузях, зокрема — у комп'ютерних обчисленнях. Наприклад, для того, щоб обчислити час у секундах між двома заданими моментами, потрібно звірятися з таблицею високосних секунд, яка має оновлюватися щоразу, коли додається нова високосна секунда. Більш того, взагалі неможливо точно обчислити інтервали часу (у секундах) більш, як на шість місяців наперед.