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協定世界時( UTC ) は、時計と時間を規制するために世界中で使用されている主要な時間基準です。UTC は現在の時刻の基準を確立し、民間時間とタイムゾーンの基礎を形成します。UTC は、国際的なコミュニケーション、航海、科学研究、および商業を促進します。
UTC はほとんどの国で広く採用されており、日常的な使用や一般的な用途ではグリニッジ標準時(GMT) の実質的な後継となっています。 [a]科学研究、航海、計時などの専門分野では、UT1や国際原子時(TAI) などの他の標準も UTC と併用されています。
UTC は、世界中の何百もの原子時計の加重平均である TAI に基づいています。UTC は、現在使用されている本初子午線である経度 0 度での平均太陽時から約 1 秒以内であり、夏時間に合わせて調整されていません。
世界中の時間と周波数の送信の調整は1960年1月1日に始まりました。UTCは1963年に初めて標準として正式に採用され、1967年に「UTC」は協定世界時の公式略語になりました。[2] UTCの現在のバージョンは、国際電気通信連合によって定義されています。
UTCは採択されて以来、何度か調整され、特に1972年にうるう秒が追加されました。近年、UTCの分野では大きな進展が見られ、特にうるう秒が世界中の計時システムに混乱をもたらすことがあるため、計時システムからうるう秒を排除することについての議論が盛んに行われました。国際度量衡総会は、2035年までにうるう秒を排除する新しいシステムでUTCを変更する決議を採択しました。[3]
語源
協定世界時の公式略語はUTCです。この略語は、国際電気通信連合と国際天文学連合がすべての言語で同じ略語を使用することを望んだ結果として生まれました。[4]妥協案として生まれたのがUTCで、[5]これは世界時のさまざまな略語（UT0、UT1、UT2、UT1Rなど）のパターンに準拠しています。[6]
マッカーシー氏はこの略語の由来について次のように述べている。
1967年、CCIRは英語とフランス語の名称に「Coordinated Universal Time」と「Temps Universel Coordonné」を採用し、両言語で頭字語UTCを使用しました。「Coordinated Universal Time (UTC)」という名称は、1967年の第13回総会でIAU委員会4と31の決議により承認されました（Trans. IAU、1968）。[2]
用途
世界中のタイムゾーンは、 UTC オフセットによるタイムゾーンのリストのように、UTC からの正、ゼロ、または負のオフセットを使用して表現されます。
最西端のタイムゾーンはUTC−12を使用し、UTC より 12 時間遅れています。最東端のタイムゾーンはUTC+14 を使用し、UTC より 14 時間進んでいます。1995 年、島国キリバスはライン諸島の環礁のタイムゾーンをUTC−10からUTC+14に変更し、キリバス全土が同じ日になるようにしました。
UTCは、多くのインターネットおよびワールドワイドウェブ標準で使用されています。インターネット上のコンピュータの時計を同期するように設計されたネットワークタイムプロトコル（NTP）は、UTCシステムから時間情報を送信します。 [7]ミリ秒の精度のみが必要な場合は、クライアントはいくつかの公式インターネットUTCサーバーから現在のUTCを取得できます。マイクロ秒未満の精度が必要な場合は、クライアントは衛星信号から時間を取得できます。
UTCは航空分野でも使用される時間基準であり、[8]例えば飛行計画や航空管制に使用されます。この文脈では、後述するように、しばしばズールー時間と呼ばれます。天気予報や地図はすべて、タイムゾーンや夏時間に関する混乱を避けるためにUTCを使用しています。国際宇宙ステーションも時間基準としてUTCを使用しています。
アマチュア無線家は、いくつかの周波数の送信が多くのタイムゾーンで受信できるため、無線通信をUTCでスケジュールすることがよくあります。[9]
機構
UTC は時間を日、時間、分、秒に分けます。日は通常グレゴリオ暦で識別されますが、ユリウス日数も使用できます。1 日は 24 時間、1 時間は 60 分です。1 分間の秒数は通常 60 ですが、ときどきうるう秒がある場合は 61 秒または 59 秒になることがあります。[10]したがって、UTC 時間スケールでは、秒とすべての小さい時間単位 (ミリ秒、マイクロ秒など) は一定ですが、分とすべての大きい時間単位 (時間、日、週など) は可変です。うるう秒を導入する決定は、国際地球回転・基準系サービスが発行する「速報 C」で少なくとも 6 か月前に発表されます。[11] [12]うるう秒は、地球の自転速度が予測できないため、かなり前から予測することはできません。[13]
ほぼすべての UTC 日は、ちょうど 86,400 SI秒で構成され、1 分はちょうど 60 秒です。UTC は、経度 0°で平均太陽時( UT1など) から約 1 秒以内です[14] ( IERS 基準子午線)。平均太陽日は86,400 SI 秒よりわずかに長いため、UTC 日の最後の 1 分が 61 秒になるように調整されることがあります。この余分な 1 秒は閏秒と呼ばれます。これは、前回の閏秒以降のすべての平均太陽日の追加の長さ (それぞれ約 2 ミリ秒) の総計を表します。UTC 日の最後の 1 分には、地球の自転が速まる可能性 (ごくわずか) を考慮して 59 秒を含めることができますが、これはまだ必要になっていません。不規則な日長は、端数ユリウス日を意味し、UTC では適切に機能しません。
1972年以来、UTCは国際原子時（TAI）から累積うるう秒を減算することによって計算されるようになりました。TAIは、地球の回転面（ジオイド）上の概念上の固有時を追跡する座標時間スケールです。 UT1への近似値を維持するために、UTCは時折、 TAIの1つの線形関数から別の線形関数に変化する不連続性を持ちます。これらの不連続性は、不規則な長さのUTC日によって実装されるうるう秒の形を取ります。UTCの不連続性は、6月末または12月末にのみ発生しました。ただし、3月末と9月末、およびその他の優先順位で発生する規定があります。[15] [16]国際地球自転・基準系サービス（IERS）は、UTCと世界時の差DUT1 = UT1 − UTCを追跡および公開し、DUT1を間隔（-0.9秒、+0.9秒）に保つためにUTCに不連続性を導入します。
TAI と同様に、UTC は後から振り返って初めて最高の精度がわかる。リアルタイムで近似値を必要とするユーザーは、GPSや電波時刻信号などの技術を使用して近似値を配信する時間研究所から入手する必要がある。このような近似値は UTC( k )と指定され、 k は時間研究所の略語である。[17]イベントの時刻は、これらの近似値の 1 つに対して暫定的に記録される場合があります。その後、国際度量衡局(BIPM) が毎月発行する、参加研究所によってリアルタイムで推定された標準 TAI/UTC と TAI( k )/UTC( k )の差の表を使用して修正を適用できます。[18] (詳細については、国際原子時に関する記事を参照してください。)
時間の遅れのため、ジオイド上にない、または急速に移動している標準時計は、UTC との同期を維持しません。したがって、ジオイドとの関係がわかっている時計からのテレメトリは、宇宙船などの場所で必要な場合に UTC を提供するために使用されます。
2 つの UTCタイムスタンプ間の経過時間間隔を正確に計算するには、その間隔中に発生したうるう秒数を示す表を参照する必要があります。さらに、将来終了し、不明なうるう秒数 (たとえば、「現在」から 2099-12-31 23:59:59 までの TAI 秒数) を含む可能性のある時間間隔の正確な期間を計算することはできません。したがって、長い (複数年にわたる) 間隔の正確な測定を必要とする多くの科学アプリケーションでは、代わりに TAI が使用されます。また、TAI は、うるう秒を処理できないシステムでもよく使用されます。GPS時間は常に TAI より正確に 19 秒遅れています (どちらのシステムも UTC で導入されたうるう秒の影響を受けません)。
タイムゾーン
タイムゾーンは通常、UTCから整数時間差で定義されますが[19]、 1秒未満の精度が必要な場合は各管轄区域の法律を参照する必要があります。いくつかの管轄区域では、UT1またはUTCから30分または15分の奇数整数差のタイムゾーンを設定しています。
特定のタイムゾーンの現在の常用時間は、UTC オフセットで指定された時間と分数を加算または減算することによって決定できます。UTCオフセットの範囲は、西側ではUTC-12:00から東側ではUTC+14:00までです ( UTC オフセットの一覧を参照)。
UTC を使用する時間帯は、UTC±00:00または文字Zで表記されることがあります。これは、1950 年頃からZで表記されている同等の海事時間帯(GMT) を指しています。時間帯はアルファベットの連続する文字で識別され、グリニッジ時間帯は原点であるためZでマークされていました。この文字は、1920 年から使用されているゼロ時間の「時間帯記述」も指しています (時間帯の歴史を参照)。NATO のZの音声アルファベット語は「Zulu」であるため、UTC は「Zulu 時間」と呼ばれることがあります。これは特に航空業界で当てはまり、「Zulu」は世界標準です。[ 20 ]これにより、場所に関係なくすべてのパイロットが同じ24 時間制 時計を使用していることが保証され、時間帯間を飛行する際の混乱が回避されます。[21]
地図や都市名を使用してのみタイムゾーンを設定できる電子機器では、ガーナのアクラやアイスランドのレイキャビクなどの都市を選択することで、間接的にUTCを選択できます。これらの都市は常にUTCを使用しており、現在は夏時間を使用していないためです（グリニッジとロンドンは夏時間を使用しており、エラーの原因となる可能性があります）。[22]
夏時間
UTCは季節の変化によって変化しませんが、タイムゾーンの管轄区域で夏時間（サマータイム）が採用されている場合、現地時間または民間時間は変更されることがあります。たとえば、米国東海岸の現地時間は、冬季にはUTCより5時間遅れますが、 [23]夏時間採用時には4時間遅れます。[24]
歴史
1928年、国際天文学連合はGMTを指すために世界時（UT ）という用語を導入し、一日が真夜中から始まることを定めました。 [25] 1950年代まで、放送された時刻信号はUTに基づいており、したがって地球の自転に基づいていました。
1955年、セシウム 原子時計が発明された。これにより、天文観測よりも安定して便利な計時手段が実現した。1956年、米国 国立標準局と米国海軍天文台は原子周波数時間スケールの開発を開始した。1959年までに、これらの時間スケールは、それを放送する短波ラジオ局にちなんで名付けられたWWV時間信号の生成に使用された。1960年、米国海軍天文台、王立グリニッジ天文台、英国国立物理学研究所は、時間ステップと周波数の変更が調整されるようにラジオ放送を調整し、その結果得られた時間スケールは非公式に「協定世界時」と呼ばれた。[26] [27]
議論を呼んだ決定では、信号の周波数は当初UTの速度と一致するように設定されていましたが、その後、原子時計を使用して同じ周波数を維持し、意図的にUTからずれるようになりました。乖離が大幅に拡大すると、信号は20ミリ秒ずつ位相シフト（ステップ化）され、UTと一致するようになりました。1960年までに29のステップが使用されました。[28]
1958年、新たに確立されたセシウム遷移の頻度とエフェメリス秒を関連付けるデータが発表されました。エフェメリス秒は時間体系の単位であり、太陽系の惑星や衛星の動きを支配する運動法則の独立変数として使用された場合、運動法則によって太陽系の天体の観測位置を正確に予測することができます。観測可能な精度の限界内で、エフェメリス秒は原子秒と同様に一定の長さです。この発表により、天体の運動法則に一致する原子秒の長さの値を選択できるようになりました。[29]
世界中の時間と周波数の送信の調整は1960年1月1日に始まりました。UTCは1963年にCCIR勧告374 「標準周波数および時間信号の送信」として初めて正式に採用され、1967年に「UTC」は協定世界時の公式略語になりました。[2]
1961年、国際時間局はUTCの国際的な調整を開始しました（ただし、協定世界時という名称は1967年まで国際天文学連合によって正式に採用されませんでした）。[30] [31]それ以降、数か月ごとに時間ステップがあり、毎年末に周波数が変更されました。ジャンプのサイズは0.1秒に増加しました。このUTCは、UT2に非常に近い近似値を可能にすることを目的としていました。[26]
1967 年、SI秒はセシウム原子時計の周波数に基づいて再定義されました。このように定義された秒の長さは、実質的にはエフェメリス時間の秒と等しかったです。[32]これは、1958 年以来 TAI で暫定的に使用されていた周波数でした。すぐに、長さの異なる 2 種類の秒、つまり UTC 秒と TAI で使用される SI 秒を持つことは悪い考えだと判断されました。時間信号は一定の周波数を維持する方がよいと考えられ、この周波数は SI 秒と一致する必要があります。したがって、UT の近似値を維持するには、時間ステップのみに頼る必要があります。これは、「ステップ原子時」(SAT) と呼ばれるサービスで実験的に試みられました。これは TAI と同じ速度で刻み、0.2 秒のジャンプを使用して UT2 と同期を保っていました。[33]
UTC (および SAT) の頻繁なジャンプにも不満がありました。1968 年、セシウム原子時計の発明者であるLouis Essenと G. M. R. Winkler は、将来の調整を簡素化するために、ステップを 1 秒のみにすることを独立して提案しました。 [34]このシステムは、1970 年に新しい UTC のうるう秒として最終的に承認され、UTC 秒を TAI 秒と同じに維持するというアイデアとともに 1972 年に実装されました。この CCIR 勧告 460 では、「(a) 搬送周波数と時間間隔は一定に維持され、SI 秒の定義に対応している必要があります。(b) ステップ調整は、必要に応じて、世界時 (UT) とほぼ一致するために正確に 1 秒である必要があります。(c) 標準信号には、UTC と UT の差に関する情報が含まれている必要があります。」と規定されています。[35]
1971年末の中間ステップとして、最終的に0.107758 TAI秒の不規則なジャンプがあり、1958年から1971年までのUTCまたはTAIのすべての小さな時間ステップと周波数シフトの合計がちょうど10秒になったため、1972年1月1日00:00:00 UTCは1972年1月1日00:00:10 TAIとなり、[36]その後は整数秒となった。同時に、UTCのティックレートはTAIと正確に一致するように変更された。UTCはUT2ではなくUT1を追跡し始めた。一部の時間信号は、現在UTCで提供されているものよりもUT1に近似する必要があるアプリケーションのために、DUT1補正（UT1 − UTC）を放送し始めた。[37] [38]
現在のUTCは、国際電気通信連合勧告（ITU-R TF.460-6）、標準周波数および時刻信号の発信で定義されています[ 39 ] 。国際原子時（TAI）に基づいており、地球の自転によって測定された時間とTAIとの累積差を補正するために不規則な間隔でうるう秒が追加されています。[40]うるう秒は、UTCを世界時のUT1変種から0.9秒以内に維持するために必要に応じて挿入されます。[41]現在までに挿入されたうるう秒の数については、「現在のうるう秒数」のセクションを参照してください。
現在のうるう秒数
最初の閏秒は1972年6月30日に発生しました。それ以来、閏秒は平均して約19か月に1回発生しており、常に6月30日または12月31日です。2022年7月現在[アップデート]、合計27回の閏秒があり、すべて正の閏秒で、UTCはTAIより37秒遅れています。[42]
2024年3月にネイチャー誌に発表された研究では、気候変動によりグリーンランドと南極の氷の融解が加速し、地球の自転速度が低下し、UTCの調整に影響を与え、UTCに依存するコンピュータネットワークに問題を引き起こしていると結論付けられました。[43]
根拠
地球の自転速度は潮汐減速によりゆっくりと低下しており、平均太陽日の長さが増加しています。SI秒の長さは天体暦の秒に基づいて較正され[29] [32] 、サイモン・ニューカムによって分析された1750年から1892年の間に観測された平均太陽日と関係があることがわかりました。その結果、SI秒は1/86400 19世紀半ばの平均太陽日の 。 [44]以前の世紀では、平均太陽日は 86,400 SI 秒より短かったが、最近の世紀では 86,400 秒より長くなっています。20 世紀末近くには、平均太陽日の長さ (単に「一日の長さ」または「LOD」とも呼ばれる) は約 86,400.0013 秒でした。[45]このため、UT は現在、1.3 ミリ秒/日の差 (または「超過」LOD) だけ TAI よりも「遅い」ことになります。
公称86,400秒を超えるLODの超過は時間の経過とともに蓄積され、当初平均太陽と同期していたUTC日が同期しなくなり、それよりも進んでしまう。20世紀末近くには、LODが公称値より1.3ミリ秒高くなり、UTCはUTよりも1日あたり1.3ミリ秒速く進み、およそ800日ごとに1秒進んでいた。そのため、ほぼこの間隔でうるう秒が挿入され、UTCを遅らせて長期的に同期を保っている。[46]実際の自転周期は地殻運動などの予測不可能な要因によって変化するため、計算ではなく観測する必要がある。
4 年ごとに閏日を追加しても、1 年が 4 年ごとに 1 日長くなるわけではないのと同様に、800 日ごとに閏秒を挿入しても、平均太陽日が 800 日ごとに 1 秒長くなるわけではありません。平均太陽日が 1 秒長くなるには、約 5 万年かかります (1 世紀あたり 2 ミリ秒の割合)。この割合は 1.7 ～ 2.3 ミリ秒/年の範囲で変動します。潮汐摩擦のみによる割合は約 2.3 ミリ秒/年ですが、最後の氷河期以降にカナダとスカンジナビアが数メートル隆起したことにより、この 2,700 年間で一時的に 1.7 ミリ秒/年まで減少しました。[47]したがって、閏秒の正しい理由は、実際の LOD と名目上の LOD の現在の差ではなく、むしろこの差が一定期間にわたって蓄積されたことです。20 世紀末近くでは、この差は約1/800 1日あたり1秒なので、約800日後には1秒に累積します（その後、うるう秒が追加されます）。
上記のDUT1のグラフでは、公称 86,400 秒を超える LOD の超過は、垂直セグメント間のグラフの下向きの傾斜に対応しています。(1980 年代、2000 年代、および 2010 年代後半から 2020 年代にかけて、地球の自転がわずかに加速して 1 日が一時的に短くなったため、傾斜は緩やかになりました。) グラフ上の垂直位置は、時間の経過に伴うこの差の累積に対応し、垂直セグメントはこの累積差と一致させるために導入されたうるう秒に対応します。うるう秒は、隣接するグラフで示される垂直範囲内に DUT1 が収まるようにタイミングが調整されます。したがって、うるう秒の頻度は、対角グラフ セグメントの傾斜、つまり超過 LOD に対応します。傾斜が方向を反転する期間 (垂直セグメントではなく上向きの傾斜) は、超過 LOD が負であるとき、つまり LOD が 86,400 秒未満のときです。
未来
地球の自転が遅くなり続けると、正の閏秒がより頻繁に必要になります。LODの長期的な変化率は、1世紀あたり約+1.7ミリ秒です。21世紀末には、LODは約86,400.004秒になり、250日ごとに閏秒が必要になります。数世紀にわたって、閏秒の頻度が問題になります。[48] UT1-UTC値の傾向の変化は、2019年6月頃から見られ、UT1とUTCの差を0.9秒未満に保つために閏秒を使用して減速する代わりに、地球の自転が加速し、この差が拡大しました。この傾向が続くと、これまで使用されたことのない負の閏秒が必要になる可能性があります。これは2025年まで必要にならない可能性があります。[49] [50]
22 世紀には、毎年 2 回の閏秒が必要になるでしょう。現在の慣行では、6 月と 12 月にのみ閏秒を許可するため、1 秒未満の差を維持するには不十分であり、3 月と 9 月に閏秒を導入することが決定される可能性があります。25 世紀には、毎年 4 回の閏秒が必要になると予測されているため、現在の四半期ごとのオプションでは不十分になります。
2001年4月、国立光学天文台のロブ・シーマンは、うるう秒を年に2回ではなく毎月追加することを許可することを提案した。[51]
2022年、国際度量衡総会は、UTCを再定義し、閏秒を廃止する決議を採択したが、常用秒は一定でSI秒と同じままとし、日時計が常用時間と徐々にずれていくようにする。閏秒は2035年までに廃止される。この決議はUTCとUT1の接続を切断するものではなく、最大許容差を増やすものである。最大差がいくらになるか、どのように修正が実施されるかの詳細は、今後の議論に委ねられている。[3]これにより、常用時間に対する太陽の動きがシフトし、その差は時間の2乗で増加する（つまり、経過した世紀の2乗に比例する）。これは、暦年が熱帯年の長さと正確に一致しないことから生じる年間カレンダーに対する季節のシフトに類似している。これは常用計時の変更であり、最初はゆっくりとした影響があるが、数世紀かけて劇的なものとなる。 UTC（およびTAI）はUTよりどんどん進み、東へどんどん速く移動する子午線に沿った地方平均時と一致するようになる。[52]したがって、時刻システムはIERS子午線に基づく地理座標との固定された接続を失うことになる。UTCとUTの差は2600年以降に0.5時間、4600年頃には6.5時間に達する。[53]
ITU-R研究グループ7と作業部会7Aは、2012年の無線通信総会に提案を進めるかどうかについて合意に達することができなかった。研究グループ7の議長は、2012年の無線通信総会（2012年1月20日）にこの質問を進めることを選択したが、[54] ITUは提案の検討を2015年の世界無線会議まで延期した。[55]この会議では、この問題が検討されたが[56]、恒久的な決定には至らず、2023年に再検討することを目標にさらなる研究を行うことを選択した。[57] [更新が必要]
うるう秒の代替案として提案されているのが、数世紀に一度の変更のみを必要とするうるう時間またはうるう分である。[58]
2023年11月20日から12月15日までドバイ（アラブ首長国連邦）で開催されたITU世界無線通信会議2023（WRC-23）は、差（UT1-UTC）の最大値が2035年までに増加することを決定した第27回CGPM（2022年）の決議4を正式に承認しました。[59]
参照
- 協定月時刻 – 月の時刻の標準として提案されている
- 火星協定時刻 - 火星の日付と時刻を追跡するための提案されたアプローチ(MTC)
- エフェメリス時間 – 天文暦で使用される時間標準
- IERS 基準子午線 – GPS やその他のシステムで使用される国際本初子午線
- ISO 8601 – 日付と時刻に関する国際標準
- ITU-R – ITUの3つの部門の1つ
- UTC タイミング センターのリスト – UTC の計算に使用される原子時計の認定保守機関
- 地球時間 – 地球からの天文観測の時間基準
- 世界時 – 地球の自転の減速に基づく時間基準
- 世界無線通信会議 – 大会
参考文献
注記
- ^ ピップはもはやグリニッジから放送されておらず、サリー州テディントンにある国立物理学研究所から放送されており、その読み取りにはGMTの後継である協定世界時（UTC）が使用されています。[1]
引用
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外部リンク
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- 現在のUTC時間
- ドイツ法における協定世界時の定義 – ZeitG §1 (3)
- 国際地球回転サービス; 1961 年から現在までの TAI と UTC の相違点の一覧
- ISO 8601 に基づくUTC の日付と時刻に関する W3C 仕様とRFC 3339
- 時間定義の標準: UTC、GPS、LORAN、TAI
- 名前には何があるか? Wayback Machineの「協定世界時」という用語について(2013 年 11 月 6 日アーカイブ)