Na prázdniny si budeme letos muset počkat o sekundu déle

    Věřte tomu nebo ne, letos se nám čekání na letní prázdniny o něco prodlouží. Pokud jste však právě propadli depresivní náladě při pomyšlení na další předprázdninové dny strávené v práci nebo ve škole, nevěšte hlavu - čekání bude delší pouze o jednu jedinou sekundu. Jak je to možné? Za tímto stručným oznámením se schovává v základní představě sice jednoduchá, ve skutečnosti však značně složitá problematika, jejíž některé momenty si nyní nastíníme. Článek obsahuje mnohá zjednodušení, jde však o princip jevu a nikoli o detailní popis či kvantifikaci.



    Pojem času nám prochází životem jako červená nit, samotný pojmem "čas" je však velice těžké uchopit. Na jednu stranu každý jeden z nás má o času nějakou vnitřní, navíc s okolím zjevně kompatibilní, představu a přitom na stranu druhou je obtížné čas nějak srozumitelně definovat. My se ale dnes této zapeklitosti alibisticky vyhneme prohlášením, že nás spíše zajímá měření času než pojem "čas" jako takový. Pro následující výklad budeme tedy časem nazývat to, co "ukazují hodiny nějakého druhu".

    Zpočátku bylo důležité pro praktický život v daném místě nějak popsat okamžiky, kdy Slunce vychází, vrcholí či zapadá a samozřejmě také změny délky dne či noci na delším časovém úseku. Vznikl přirozený systém pravého slunečního času, který spolehlivě ukazují sluneční hodiny.

Sluneční hodiny

Pro kvantifikaci požadovaných jevů tento čas sice místně perfektně vyhovoval, ale pro komunikaci mezi lidmi již tolik ne. Časem se přirozeně zjistilo, že pravý sluneční čas je pro pozorovatele nacházející se na různých polednících různý a také že v sobě obsahuje jisté nerovnoměrnosti (související s nekruhovým tvarem dráhy oběhu Země kolem Slunce). Tyto nerovnoměrnosti byly odstraněny zavedením středního slunečního času, odvozeného od myšleného středního Slunce, pohybujícího se po obloze rovnoměrně a navíc tak, aby pohyb byl co nejpodobnější skutečnosti. Při použití a znázornění takového času je již možné použít místo slunečních hodin nějaký rovnoměrně

Mechanický hodinový strojek

pracující stroj, například mechanické hodiny; rozdíl mezi pravým a středním místním slunečním časem názorně ukazuje tzv. časová rovnice. Místní platnost času a tedy komunikační obtížnost, byla odstraněna zavedením pásmového času; Země byla rozdělena na 24 časových pásem, v každém časovém pásmu bylo dohodou stanoveno používání shodného času a to podle základního poledníku daného úseku (v naší části Evropy jde například poledník E15°). Jako základní čas tohoto systému můžeme stanovit čas pro místo procházející nultým poledníkem (Greenwich); jde o čas systému UT (Universal Time), v korigované verzi o pohyb pólů označován jako UT1. Stále však jde o čas odvozený od rotace Země.

    S vývojem schopnosti přesně určovat čas se ale pozorováním zjistilo, že ani čas systému UT1, odvozený od rotace Země, neplyne zcela rovnoměrně a vykazuje krátké fluktuace či dlouhodobé změny. To ale nutně znamená, že ani Země nerotuje rovnoměrně (kolem osy stálou úhlovou rychlostí) ale vykazuje některé systematické a některé nesystematické nepravidelnosti rotace. Fyzikální vysvětlení těchto změn je komplikovanou záležitostí a my tedy nahlédneme pod pokličku jen lehce:

1/ Země není ve vesmíru sama a hlavně blízká a/nebo velmi hmotná tělesa na ni působí gravitační silou. Na naši Zemi takto působí hlavně dvě: Měsíc, protože je velmi blízko a Slunce, protože má velkou hmotnost a není příliš daleko; vliv ostatních těles - planet, hvězd - je v podstatě zanedbatelný. Výklad nyní zúžíme na popis soustavy Země-Měsíc: Měsíc působí na k němu nejbližší část Země větší gravitační silou než na vzdálenější. Důsledkem je, že gravitační pole napříč Zemí není konstantní (gravitační síla je nepřímo úměrná kvadrátu vzdálenosti těles) a vzniká efekt, který nazýváme slapovou silou. Díky této skutečnosti se Země, která není zcela tuhá, plasticky v ose Země - Měsíc mírně deformuje. Tato deformace se s rotací Země po ní posouvá a je dobře vidět na oceánech a mořích, kde se charakteristicky projevuje ve formě přílivu a odlivu, protože voda přece jen není tak tuhá jako zemský plášť či kůra. Pro nás zásadním důsledkem slapové síly je skutečnost, že dochází k pomalému, ale systematickému, snižování rychlosti rotace Země. Pozn: mnohem menší Měsíc již na slapové síly doplatil hůře - nachází se v tzv. vázané rotaci, kdy jeho doba otočení kolem osy je totožná s dobou oběhu kolem Země.

2/ Země ale kromě výše uvedeného systematického zpomalování rotace vykazuje různé hladké i skokové změny rychlosti rotace. Příčin je celá řada. Mezi ty systematické může patřit třeba změna zplošťování Země v polární oblasti vlivem zpomalování rotace nebo odledňování polárních oblastí, periodický vliv atmosféry daný cirkulací či posun litosférických desek, mezi ty méně hladké například pohyby severního a jižního pólu, velká zemětřesení nebo různé procesy spojené s přesuny hmot v zemském plášti či v jádru.

    Po odhalení výše uvedených nepravidelností musí ale následovat nějaké řešení. Astronomicky (z rotace Země) určovaný čas, pro běžné použití více než přesný, již mnoho let pro některé aplikace vyžadující co nejpřesnější určení a měření času právě kvůli své nerovnoměrnosti nepostačuje. (Také) proto byla v minulosti jednotka času předefinována a nyní je tedy sekunda definována nikoli jako určitý zlomek delšího, astronomicky určeného, časového úseku (roku či dne), ale jako funkce (násobek) periody záření Cesia za přesně daných fyzikálních

Atomové hodiny na University of Tokyo

podmínek. Takto definovaný "atomový" čas UTC (Coordinated Universal Time), který je matematicko-fyzikálně stanovován z atomových časů několika desítek časových laboratoří umístěných po celém světě a kterým jsou nyní řízeny naše hodinky, plyne rovnoměrně a nezávisle na rotaci Země a nutně se tedy musí stát, že dříve či později se astronomický (UT1) a atomový (UTC) čas rozejdou o takovou dobu, že nastane potřeba korekce o jednu základní jednotku jedním či druhým směrem; konkrétně se tento rozdíl udržuje tak, aby nepřevýšil 0,9s. Pro dohled nad těmito záležitostmi byl dokonce zřízen úřad IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service), který v případě potřeby rozhoduje o srovnání obou časů (UT a UTC) - například o zařazení přestupné sekundy a to buď k 30.6. nebo 31.12. daného roku k půlnoci na konci dne měřeno v UT (Universal Time, u nás tedy + 1 hodina SEČ nebo + 2 hodiny SELČ). Rozhodnutím této komise, publikovaným v Paříži dne 5. ledna 2015 v bulletinu C 49 bylo určeno, že právě letos, 30. června 2015, bude přestupná sekunda zařazena a nastane okamžik vyjádřený číselně

Graf korekcí UT1/UTC

neobvyklým zápisem 30.06.2015 23:59:60. No a ta šedesátá sekunda je právě ta, o kterou si, měřeno občanským časem, budeme muset na prázdniny formálně počkat déle. Jinak řečeno, celé je to důsledkem faktu, že pro měření času dnes používáme normu (atomový čas), která je v pozemském prostředí vlastně pro běžný život nepraktická, protože plyne jinak, než je pro určování okamžiku astronomicky vhodné. A ještě jinak - Země se opozdila proti atomovému času od minulé korekce o necelou sekundu a je tedy potřeba jednu atomovou sekundu přidat (vlastně spíše ignorovat), aby se displeje našich hodinek, řízené atomovým časem, vrátily na hodnotu, odpovídající astronomickému pozorování.



A nyní jistě očekávaná poznámka pro puntičkáře: Přísně vzato, my nebudeme na prázdniny o sekundu déle čekat, ale budeme je naopak mít o sekundu delší - v době, kdy nastane vložení přestupné sekundy, bude v našem časovém pásmu červenec již dvě hodiny v plném proudu. A navíc na spoustě škol díky ředitelským volnům začínají prázdniny o pár dnů dříve. Autor si však nedokázal odpustit lehce bulvární nadpis.