協定世界時

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現在のタイムゾーン

協定世界時（UTC）[ a ]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は現在時刻の基準を確立し、民間時とタイムゾーンの基礎となります。UTCは、国際的な通信、航海、科学研究、そして商業を促進します。

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。 [ b ]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 (国際原子時、フランス語名のtemps atomique internationalの略) 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 度における平均太陽時から約 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」は協定世界時の正式な略語になりました。 [ 2 ]現在のUTC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は採択以来、数回にわたり調整されており、特に1972年からは閏秒が導入されています。近年、UTCの分野では大きな進展が見られ、特に閏秒は世界中の計時システムに時折支障をきたすことから、計時システムから閏秒を廃止する議論が活発化しています。国際度量衡総会は、 2035年までに閏秒を廃止する新しいシステムを導入する決議を採択しました。[ 3 ]

語源

協定世界時の公式略称はUTCです。この略称は、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称を使用することを望んだ結果、制定されました。 [ 4 ]妥協案としてUTCが採用されました。[ 5 ]これは、世界時の様々な略称（UT0、UT1、UT2、UT1Rなど）の略称のパターンに準拠しています。[ 6 ]

マッカーシーはこの略語の起源について次のように述べている。

1967年、国際協定世界時委員会（ CCIR）は、英語とフランス語の名称を「協定世界時」と「Temps Universel Coordonné」とし、両言語でUTCの頭字語を使用することとした。「協定世界時（UTC）」という名称は、1967年の第13回総会において、IAU第4委員会および第31委員会の決議によって承認された（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にあるように、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（UTCより12時間遅れ）を使用し、最東端のタイムゾーンはUTC+14（UTCより14時間進んでいます）を使用します。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に変更しました。これにより、キリバスの島と環礁はすべて同じ日になりました。

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させるために設計されたネットワーク・タイム・プロトコル（NTP）は、UTCシステムから時刻情報を送信します。 [ 7 ]ミリ秒単位の精度のみが必要な場合、クライアントは多数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、衛星信号から時刻を取得できます。

UTCは航空分野でも使用される時間基準であり、[ 8 ]飛行計画や航空管制などに用いられます。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。天気予報や地図では、タイムゾーンやサマータイムに関する混乱を避けるため、UTCが使用されています。国際宇宙ステーションもUTCを時間基準として使用しています。

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、分、秒に分割します。日は通常グレゴリオ暦で識別されますが、ユリウス暦も使用できます。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、閏秒が発生する場合は61秒または59秒になることがあります。[ 10 ]したがって、UTCの時間スケールでは、秒とそれより小さい時間単位（ミリ秒、マイクロ秒など）は一定ですが、分とそれより大きい時間単位（時、日、週など）は可変です。閏秒の導入決定は、国際地球回転・基準系事業（IERS ）が発行する「公報C」で少なくとも6ヶ月前に発表されます。[ 11 ] [ 12 ]地球の自転速度は予測不可能であるため、閏秒を事前に予測することはできません。[ 13 ]

ほぼすべての UTC 日は、正確に 86,400 SI秒で、1 分は正確に 60 秒です。UTC は、経度 0°で平均太陽時( UT1など)の約 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 分は 61 秒になるように調整されることがあります。この追加の 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) の総計を占めます。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たことはありません。不規則な昼の長さは、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差し引くことで計算できるようになった。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ある。 UT1への近似値を維持するために、UTCは時折、 TAIのある線形関数から別の線形関数に変化する不連続性を持つ。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る。UTCの不連続性は6月末または12月末にのみ発生した。ただし、第2の優先順位として、3月末と9月末にも発生する規定がある。[ 15 ] [ 16 ]国際地球回転・基準系事業（IERS）は、UTCと世界時の差DUT1 = UT1 − UTCを追跡して公開し、DUT1が間隔（-0.9秒、+0.9秒）内に収まるようにUTCに不連続性を導入する。   

TAI と同様に、UTC は事後的にしか最高精度で分からない。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刻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は時刻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、あるいは急速に移動する標準時計は、UTCとの同期を維持できません。そのため、ジオイドとの関係が既知の時計からのテレメトリは、宇宙船などの場所で必要に応じてUTCを提供するために用いられます。

2つのUTCタイムスタンプ間の経過時間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。同様に、将来終了し、うるう秒数が不明な可能性のある時間間隔（例えば、「現在」から2099年12月31日 23時59分59秒までのTAI秒数）の正確な長さを計算することもできません。そのため、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が使用されています。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からの差が整数時間として定義されますが[ 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からの差が奇数時間または15分の1時間であるタイムゾーンが設定されています。

特定のタイムゾーンの現在の常用時は、UTC オフセットで指定された時間と分の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、西部ではUTC-12:00から東部ではUTC+14:00までです ( UTC オフセットの一覧を参照)。

UTCを使用するタイムゾーンは、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、同等の航海用タイムゾーン（GMT）を指し、1950年頃からGMTはZで表記されています。タイムゾーンはアルファベットの連続文字で識別され、グリニッジ・タイムゾーンは原点であるためZでマークされました。この文字は、1920年から使用されている「ゾーン記述」であるゼロ時間にも当てはまります（タイムゾーンの歴史を参照）。NATOの音声アルファベットでZは「Zulu」であるため、UTCは「Zulu時間」と呼ばれることもあります。これは特に航空業界で顕著で、「Zulu」は世界標準となっています。[ 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時間制を使用できるため、タイムゾーン間の飛行時に混乱を避けることができます。[ 21 ]グリニッジ以外のタイムゾーンで Zに加えて使用される文字については、軍用タイムゾーン一覧を参照してください。

地図や都市名を使ってタイムゾーンを設定することしかできない電子機器では、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ません（グリニッジとロンドンは夏時間を使用しているため、誤差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、タイムゾーン管轄区域がサマータイム（夏時間）を実施している場合、現地時間または常用時間は変更されることがあります。例えば、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 ]、サマータイム実施中は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とした。 [ 25 ] 1950年代まで、放送された時刻信号はUT、つまり地球の自転に基づいていた。

1955年、セシウム原子時計が発明されました。これは天文観測よりも安定的で簡便な計時方法を提供しました。1956年、米国 国立規格協会と米国海軍天文台は原子周波数時間スケールの開発に着手しました。1959年までに、これらの時間スケールは短波ラジオ放送局にちなんでWWV（世界時）信号の生成に使用されました。1960年には、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が、時間ステップと周波数の変化が調整されるようにラジオ放送を調整しました。その結果、得られた時間スケールは非公式に「協定世界時」と呼ばれました。[ 26 ] [ 27 ]

議論を呼んだ決定として、信号の周波数は当初UTの周期に合わせて設定されましたが、その後、原子時計を用いて同じ周波数を維持し、UTから意図的にずれるようになりました。ずれが大きくなったため、UTと一致するように信号の位相を20ミリ秒ずらしました。1960年までに、このようなステップは29回行われました。[ 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た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運動を支配する運動法則における独立変数として使用することで、運動法則を用いて太陽系の天体の観測位置を正確に予測することを可能にします。観測可能な精度の限界において、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刻信号の送信」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（Bureau International de l'Heure）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が国際天文学連合によって正式に採用されたのは1967年でした）。[ 30 ] [ 31 ]それ以降、数ヶ月ごとに時刻の刻み幅が調整され、毎年末に周波数が変更されました。刻み幅は0.1秒にまで拡大しました。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、実質的にエフェメリス時刻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。しかし、UTC秒とTAIで使用されるSI秒という、長さの異なる2種類の秒を持つことは賢明ではないとすぐに判断されました。時刻信号は一定の周波数を維持する方が望ましく、この周波数はSI秒と一致すべきだと考えられました。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した。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。SATはTAIと同じ速度で刻み、0.2秒のジャンプを使用してUT2との同期を維持しました。[ 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ルイス・エッセンとG. M. R. ウィンクラーは、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 ] 。このシステムは最終的に1970年に新しいUTCの閏秒として承認され、UTC秒をTAI秒と等しく維持するというアイデアとともに1972年に実施されました。このCCIR勧告460は、「(a) 搬送周波数と時間間隔は一定に維持され、SI秒の定義と一致しているべきである。(b) ステップ調整は、必要に応じて、世界時（UT）とのおおよその一致を維持するために正確に1秒であるべきである。(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べきである」と規定していました[ 35 ] 。

1971年末の中間段階として、最終的に0.107758 TAI秒の不規則なジャンプが発生し、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と正確に一致し、[ 36 ]その後は整数秒になりました。同時に、UTCのティックレートがTAIと正確に一致するように変更されました。また、UTCはUT2ではなくUT1を追跡し始めました。UTCが 提供するよりもUT1に近似する必要があるアプリケーションのために、一部の時間信号がDUT1補正（UT1-UTC）を放送し始めました。[ 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」[ 39 ]で定義されており、国際原子時（TAI）をベースとしていますが、地球の自転によって測定される時間と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変種の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数については、「§ 現在のうるう秒数」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ヶ月に1回、常に6月30日または12月31日に発生しています。2022年7月現在、合計27回の閏秒が発生しており、すべて正の秒数で、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掲載された研究によると、気候変動によりグリーンランドと南極の氷が急速に溶け、地球の自転が遅くなり、UTCへの次の負のうるう秒調整が遅れ、コンピュータシステムの問題が先送りされることがわかりました。[ 43 ]

根拠

UT1とUTCの差（秒単位）を示すグラフ（DUT1）。縦線はうるう秒に対応します。

地球の自転速度は潮汐減速により非常にゆっくりと減少しており、これが平均太陽日の長さを増加させています。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86,400SI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る。20世紀末頃には、平均太陽日の長さ（単に「日長」または「LOD」とも呼ばれる）は約86,400.0013秒であった。[ 45 ]このため、UTは現在、TAIよりも1.3ミリ秒/日の差（または「超過」LOD）だけ「遅い」。

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昼が同期を失って太陽よりも進んでしまう。20世紀末頃には、LODが公称値より1.3ミリ秒高くなったため、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、ほぼこの間隔で閏秒が挿入され、UTCを遅らせることで長期的に同期を維持している。[ 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年に1日ずつ閏日を追加しても、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日に1秒ずつ閏秒を挿入しても、平均太陽日が800日に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、最終氷期以降にカナダとスカンジナビア半島が数メートル隆起したため、過去2,700年間でこの割合は一時的に1.7ミリ秒/年まで低下しています。[ 47 ]うるう秒の正しい理由は、実際のLODと公称LOD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ある。20世紀末には、この差は約⁠1/800⁠ 1日あたり1秒なので、約800日後には1秒に累積しました（その後、うるう秒が追加されました）。

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ます。(1980 年代、2000 年代、および 2010 年代後半から 2020 年代には、地球の自転がわずかに加速して昼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 を維持するようにタイミングが設定されます。したがって、うるう秒の頻度は、対角線のセグメントの傾斜、つまり超過 LOD に対応します。傾斜の方向が反転する期間 (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 秒未満であるときです。

未来

地球の自転が遅くなり続けると、正のうるう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、約250日ごとにうるう秒が必要になります。数世紀にわたって、うるう秒の頻度が問題になるでしょう。[ 48 ] UT1-UTC値の傾向の変化は、 2019年6月頃から見られ始め、UT1とUTCの差を0.9秒未満に保つためのうるう秒を使用して遅くなるのではなく、地球の自転が速くなり、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うるう秒が必要になる可能性があります。これは2025年まで必要ないかもしれません。[ 49 ] [ 50 ]

22世紀のいつかには、毎年2回の閏秒が必要となるでしょう。現在の6月と12月のみの閏秒導入では、1秒未満の差を維持するには不十分となり、3月と9月にも閏秒を導入することが決定されるかもしれません。25世紀には、毎年4回の閏秒導入が必要となると予測されているため、現在の四半期ごとの閏秒導入の選択肢では不十分となるでしょう。

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を再定義して閏秒を廃止する決議を採択した。ただし、常用秒はSI秒と同じ一定値に保つため、日時計は徐々に常用時との同期がずれていくことになる。閏秒は2035年までに廃止される。この決議によってUTCとUT1の接続は切断されないが、最大許容差は拡大される。最大差がどの程度になるか、また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、常用時に対する太陽の動きがシフトし、その差は時間の2乗に比例して増加する（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似ている。これは常用時間の計測における変更であり、最初はゆっくりとした影響しかないが、数世紀かけて劇的なものとなるだろう。 UTC（およびTAI）はUTよりますます進み、東方へと急速に移動する子午線に沿って地方平均時と一致するようになる。[ 52 ]こうして、時刻体系はIERS子午線に基づく地理座標との固定的な接続を失うことになる。UTCとUTの差は、西暦2600年以降は0.5時間、西暦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提出す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）に質問を提出す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 ]、最終的な決定には至らず、2023年に再検討することを目指してさらなる研究を行うことを選択した。[ 57 ]

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）では、第27回CGPM（2022年）の決議4 [ 59 ]が正式に承認され、差（UT1  −UTC）の最大値を2035年までに増加させることが決定された。 [ 60 ]

参照

参考文献

注記

  1. ^ UTCは、英語の協定世界時（Coordinated Universal Time）やフランス語のtemps universel coordonnéの語順とは一致しません。UTCは妥協案として採用され、 UT0、 UT1、 UT2のパターンと一致し、標準化され言語的に中立な国際使用のための略語として機能します。
  2. ^グリニッジ標準時（「ピップス」とも呼ばれる）は、現在グリニッジではなく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、GMTではなくUTCを使用しています。 [ 1 ]

引用

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一般的な情報源と引用元

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