Karkaussekunti

Karkaussekunti (joskus myös hyppysekunti) on koordinoituun yleisaikaan (UTC) ajoittain tehtävä yhden sekunnin suuruinen korjaus, jonka tarkoitus on pitää atomikelloilla mitattu UTC-aika lähellä maapallon pyörimisestä mitattua UT1-aikaa. Koska maapallon pyörimisliike hidastuu, atomikelloilla mitattu aika ja luonnollinen vuorokausi saattaisivat joutua epätahtiin. Tämä estetään karkaussekunneilla. Maapallon pyörimisnopeuden vaihtelut eivät kuitenkaan ole ennustettavissa eikä karkaussekunneista voida siten myöskään päättää etukäteen, joten Ranskassa toimiva International Earth Rotation and Reference Systems Service eli IERS-organisaatio päättää karkaussekunneista joka kerta erikseen. Karkaussekuntien vuoksi tarkat tietokoneohjelmat joutuvat varautumaan siihen, että vuorokauden pituus voi olla 86 399, 86 400 tai 86 401 sekuntia.

UTC-ajan ero UT1-ajasta vuodesta 1985 lähtien. Pystysuorat viivat ovat karkaussekuntien aiheuttamia.

Karkaussekunnit voivat olla joko positiivisia, jolloin UTC-aikaa hidastetaan lisäämällä ylimääräinen sekunti (23.59.60 UTC) vuorokauden loppuun, tai negatiivisia, jolloin yksi sekunti jätetään kokonaan pois (kello siirtyy sekunnista 23.59.58 UTC suoraan sekuntiin 0.00.00 UTC). Negatiivisia karkaussekunteja ei tosin ole koskaan käytetty. Toisin kuin karkauspäivää, karkaussekuntia vietetään kaikkialla maailmassa samaan aikaan, eli esimerkiksi Suomessa kello 1.59.60 talvella tai 2.59.60 kesällä.

Historia

Sekunnin vanhat määritelmät

Sekunnin määritelmä oli alun perin, että yhteen aurinkovuorokauteen mahtuu 86 400 sekuntia. Määritelmä oli kuitenkin epätäsmällinen, sillä aurinkovuorokauden pituus vaihtelee suurimmillaan noin 52 sekuntia.

Vuonna 1950 sekunti määriteltiin uudestaan tällaisten vaihtelujen välttämiseksi. Uutta määritelmää kutsuttiin keskiaurinkovuorokaudeksi, sillä se kuului niin, että sekunti on 86 400:s osa keskiaurinkovuorokaudesta vuonna 1900.

Määritelmä kuitenkin muutettiin jo kuuden vuoden kuluttua. Uusi efemeridisekunniksi kutsuttu aikamitta oli sata kertaa tarkempi kuin edeltäjänsä. Määritelmä kuului: ”Sekunti on 31 566 925,9747:s osa trooppisesta vuodesta sellaisena kuin se laskennallisesti oli vuonna 1900, tammikuun 0. päivänä kello 12”. (Tammikuun 0. päivä tarkoittaa itse asiassa joulukuun 31. päivää edellisenä vuonna.)

Sekunnin uusi määritelmä

Efemeridisekuntikaan ei ollut käytössä kuin 11 vuotta. Nykyisin sekunnin määritelmä perustuu cesium-atomin spektriin. Määritelmä on: ”Sekunti on 9 192 631 770 kertaa sellaisen säteilyn jakson aika, joka vastaa cesium-133-atomin siirtymää perustilan ylihienorakenteen kahden energiatilan välillä”.

Uusi määritelmä irrottaa sekunnin kokonaan tähtitaivaan tapahtumista, joten atomikelloilla mitattu aika saattaisi joutua epätahtiin maapallon pyörimisen kanssa. Näin tapahtuukin, sillä Auringon ja Kuun aiheuttama vuorovesi-ilmiö hidastaa maapallon pyörimistä, tosin vain 1,6 millisekuntia sadassa vuodessa (ks. Vuorokauden piteneminen). Suurempia satunnaisia vaihteluita aiheutuu myös ilmamassojen liikkumisesta ja Maan ytimessä tapahtuvista satunnaisista massasiirtymistä. UTC-aikaan on siis lisättävä karkaussekunti aina silloin tällöin.

Ensimmäinen karkaussekunti lisättiin vuonna 1972.

Käytetyt karkaussekunnit

Jos taulukossa ei ole mukana jotain vuotta, karkaussekuntia ei silloin ole käytetty. Yhteensä karkaussekunteja on käytetty 27. Aikajärjestelmien erotus UTC–TAI on 1.7.2012 alkaen −35 sekuntia.

Vuosi	1972	1973	1974	1975	1976	1977	1978	1979	1981	1982	1983	1985	1987	1989	1990	1992	1993	1994	1995	1997	1998	2005	2008	2012	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	Yht.
30.6.	+1	0	0	0	0	0	0	0	+1	+1	+1	+1	0	0	0	+1	+1	+1	0	+1	0	0	0	+1	+1	0	0	0	0	0	0	0	11
31.12.	+1	+1	+1	+1	+1	+1	+1	+1	0	0	0	0	+1	+1	+1	0	0	0	+1	0	+1	+1	+1	0	0	+1	0	0	0	0	0	0	16

Karkaussekunneista ilmoittaminen

Karkaussekunti voidaan lisätä joko joulukuun tai kesäkuun loppuun. IERS ilmoittaa karkaussekunnin lisäämisestä, tai siitä ettei karkaussekuntia lisätä, kuusi kuukautta etukäteen BULLETIN C -julkaisussaan. Viimeisin karkaussekunti lisättiin 31.12.2016.

Muun muassa radio-ohjattuja kelloja Euroopassa ohjaava DCF77 ja useat NTP-palvelimet lähettävät huomautuksia karkaussekunneista. Suomesta UTC-ajan ylläpitoon osallistuu Otaniemessä toimivan Mittatekniikan keskuksen (MIKES) aika- ja taajuussuureiden kansallinen mittanormaalilaboratorio.

Karkaussekuntien saama kritiikki

Karkaussekunnit ovat saaneet myös kritiikkiä, ja on mahdollista että niistä luovutaan lähitulevaisuudessa. Karkaussekuntien takia on esimerkiksi mahdotonta tehdä tarkkoja aikalaskelmia pidemmälle kuin 6 kuukautta tulevaisuuteen. Karkaussekuntien korvaajiksi on ehdotettu karkaustunteja. Karkaustunti lisättäisiin, kun luonnollisen vuorokauden ja atomiajan ero kasvaa puolta tuntia suuremmaksi. Karkaustunnin kohdalla keskiyön tunnit laskettaisiin 22, 23, 24, 0, 1, 2, jne. Kustannussäästöjä saataisiin jos yleisön käyttöön tarkoitettua kelloa ei säädeltäisi satunnaisin vaan kiintein ennalta sovituin välein. Muutaman kokonaisen karkausminuutin lisäys 400 vuoden välein keskittäisi ongelmat hallittuun ajankohtaan, seuraavan kerran vuoden 2399 loppuun.^lähde?

Google on ehdottanut karkaustahran käyttöä, joka jakaa karkaussekunnin pienemmissä erissä vuorokauden ajalle, jolloin jokainen sekunti on 11,6 mikrosekuntia pidempi. Bloomberg jakaa sekunnin 2000 osaan ja lisää osan 2000 sekunnin aikana. UTC-SLS on yksi ehdotus standardille sekunnin jakamiseksi pidemmälle aikajaksolle. Microsoft, Meta ja Amazon ovat liittyneet Googlen ehdotukseen luopua karkaussekunneista.

Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU) päätti marraskuussa 2015 pitämässään kokouksessa, että karkaussekunneista luopumista lykätään edelleen. Siitä aiotaan nyt päättää World Radio Conferencen kokouksessa marraskuussa vuonna 2023. Alun perin karkaussekunneista oli tarkoitus luopua vuonna 2013.

Katso myös

• Karkausvuosi
• Aikajärjestelmä
• Ajanlasku

Aiheesta muualla

• Bulletin C (Arkistoitu – Internet Archive) International Earth Rotation and Reference Systems Service – IERS.