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到底是 GMT+8 還是 UTC+8 ?

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打開你的手機,進入設定選項中的「日期與時間」調整時區──對於出過國的人來說,這個動作應該不陌生,因為每到了不同的時區,當地的時間就會與手錶上殘留的「台灣時間」有著一至數小時不等的差距。

台灣的所屬時區比協調世界時快8小時,是由國家時間與頻率標準實驗室發佈與維護[1]。在十幾二十年以前有個常聽見但並不正式的稱呼:「中原標準時間」[2]。現在正式的名稱則為「國家標準時間」,但在國際上仍然沒有官方的說法,溝通時通常會說成「台灣時間」或是「台北時間」,或是乾脆直接說成 UTC+8 或是 GMT+8 ,這裡的 +8 是指比 UTC 或是 GMT 快8小時的意思。

問題來了:請問你的手機時區的設定頁面中,台灣的時區是「UTC+8」,還是「GMT+8」?你覺得這兩者有差嗎?如果有差,是差在哪裡?如果沒差,那為什麼還會有兩種名稱?

答案就在圖片下方,歡迎各位先猜猜看再往下看答案……

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筆者的手機是 GMT+8。我不懂為什麼「台北標準時間」後面還要括弧加註「台北」…

簡單的回答是:GMT 和 UTC 在一般使用的情況下沒有差別,你要說台灣的時區是 UTC+8 或是 GMT+8 都可以。但如果仁兄的時間寶貴,是「一秒鐘幾十萬上下」的狀況,筆者推薦你使用 UTC,每一年半載就可以賺到一閏秒。但如果你是系統工程師,GMT 應該才會受到你的青睞。[3]

以下,就讓我們來看看這兩個縮寫到底差在哪裡。

GMT 的全名是格林威治標準時間或格林威治平時 (Greenwich Mean Time),這個時間系統的概念在 1884 年確立,由英國倫敦的格林威治皇家天文台計算並維護,並在往後的幾十年往歐陸其他國家擴散。在 1924 年開始,格林威治天文台每小時就會向全世界播報時間。

在剛開始的幾十年,GMT 的測量方法非常簡單:觀測者隨時監控太陽在天空的位置,並且把每天太陽爬升到仰角最高的時候記錄下來,這個時間點稱呼為「過中天」。一般人對於一天 24 小時的理解,大致上就相等於兩次太陽過中天的時間間隔。不過由於地球是以橢圓軌道繞著太陽,在軌道上的行進速率不一,導致一年之中會有「比較長的一天」與「比較短的一天」[4],所以格林威治的觀測者必須要至少連續觀測一年,然後求取 365 個長度不一的「天」,再把他們全部平均後,得到固定的一天長度,之後再細分成時、分、秒等單位。這個就是 GMT。

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格林威治天文臺的報時鐘。Photo by: Happy A @ flickr, CC BY-NC-SA 2.0

近幾十年來,我們有了更穩定的觀測 GMT,或是說,觀測太陽日[4]的方法,那就是利用宇宙中穩定一致的無線電波源週期性的訊號,搭配電波源抵達地球時觀測的角度,直接計算地球的自轉與公轉速率,再以此計算一年、一天、時分秒的平均長度。這些觀測可以交由其他更高科技的天文台,或是衛星來負責,而跟格林威治天文台的觀測沒有關係,所以它有一個新名字:世界時(Universal Time),縮寫是 UT。[5]世界時有三種版本,分別叫 UT0、UT1 跟 UT2,UT0 是最原始的觀測結果計算值,UT1 則是修正了地球在長時間尺度下會產生的自轉軸漂移的影響,UT2 則是為了研究需求,比 UT1 多修正了季節性的影響。

此寶劍一出,照理說 GMT 系統應該就要退役,但實際上由於 GMT這個名字已經被使用了幾十年,而且 GMT 跟 UT1 要測量的概念基本上是相同的,都是「長時間尺度下的平均太陽日」,所以 GMT 這個名字被保留了下來,作為一般的人民溝通使用的詞彙。現在 UT1 的測量,主要是靠特長基線干涉儀 (VLBI)[6]來進行前面所述的觀測後再計算而得。

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現在都是用這種儀器在測量地球的自轉。

以上總結:GMT 是老古董,UT1 承先啟後,但是一般概念上 GMT = UT1,都是觀測平均太陽日,兩個名詞的使用可以互相轉換。[7]

另外一方面,自從 1967 年國際度量衡大會把秒的定義改成銫原子進行固定震盪次數的時間後[8],時間的測量就可以與星球的自轉脫節了。只利用原子鐘計算時間與日期的系統,稱作國際原子時 (International Atomic Time)[9],這是一種只有「天」的系統,時分秒都以「天」的小數點零頭來表示。以國際原子時為計算基準,把時間格式與 UT1 對齊,讓一般人都方便使用的時間系統,就叫做協調世界時 (Universal Time Coordinated),也就是 UTC。這也就是 UTC 為什麼與 GMT 幾乎一樣的關係。由於 UTC 直接與國際度量衡標準相聯繫,所以目前所有的國際通訊系統,像是衛星、航空、GPS 等等,全部都協議採用 UTC 時間。

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美國國家標準的原子鐘。

但是,透過原子鐘 (UTC)模擬平均太陽日(UT1 = GMT),會出現一個很嚴重的問題:由於地球的自轉正在緩慢減速[10][11],導致平均太陽日會逐漸變長。也就是說,GMT 的一秒會越來越久,但是只要我們不改度量衡對於秒的定義,那麼 UTC 的一秒就會始終如一。長久下來,UTC 一定會超前 GMT 一秒以上,而且會越來越多!因此,目前負責管理 UTC 的專責機構──國際地球自轉服務 (International Earth Rotation and Reference Systems Service,又稱為 IERS)[12]決定在 UTC 超前 GMT 快一秒時,選擇適當的時間加入閏秒,來抵銷超前的量。上一次的閏秒是在今年的 6 月 30 日,不知各位還有沒有印象?[3][13]

總而言之,從 1972 年實行 UTC 以來,已經加過 26 次的閏秒[9][14],近幾年的閏秒要加的時候,總是會有不小的騷動和新聞版面,但是卻都安然無事的過了,就算是這樣,世界各國還是有不少建議取消閏秒的意見,理由不外乎麻煩、增加成本,以及許多不必要的風險。在今年 11 月預計召開的國際無線電通訊會議,也將直接討論此議題,並且做出扮演閏秒存廢的關鍵決議,各位可一起拭目以待。

以上總結:UTC 很潮的使用原子鐘計時,也成為國際通訊的公用標準。UTC 努力符合 GMT 的計時格式與概念,因此雖然不會差太多,但每隔三五年就要加一個閏秒來「多等GMT一秒鐘」。

所以呢?

回到時區的寫法,如果要遵循國際標準,台灣的時區寫成「UTC+8」才是正確的。但在一般的狀況下,我們都不會在意 GMT 與 UTC 那不到一秒的差距,就算是用 UTC 計時,但寫成「GMT+8」也無不可,反正也不會差太多嘛!只要跟著社會潮流走,管他手機顯示什麼,你還是可以擁有那一閏秒的「放空時間」。有機會的話許個願吧!跟每天都看得到的流星比起來,這可是平均每三年才能擁有一次的奇景。

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今年六月錯過,下次不知還有沒有機會看到?

參考連結

  1. 實驗室網頁在此。
  2. (歷史上的今天)中廣告別「中原標準時間」
  3. 只因「閏秒」這 1 秒的解決方案,AWS 工程師可能花上數百小時
  4. 克卜勒第二運動定律 (Wiki),利用過中天的手段求取一天長度,屬於測量「太陽日」的領域,因為參考了地球上的某一點對太陽的角度,所以太陽日的每日長度,跟地球自轉與公轉都有關。
  5. UT 的系統介紹
  6. VLBI (Wiki)
  7. GMT 其實也被當成 UTC+0 的時區名字。這使得 GMT 這個詞能指涉的東西更加的模糊。
  8. Resolution 1 of the 13th CGPM (1967/68)。SI 單位中,一秒的定義為 Cs-133 基態原子在兩個超精細能階間躍遷輻射 9,192,631,770 次所花的時間。
  9. 這裡可以看到國際原子時與 UTC 的差異。為了方便起見,國際原子時也已經化成時分秒的格式。除了這幾十年內設置的 26 秒閏秒之外,還有額外的 10 秒差異,是在當初定義時就存在的。
  10. 地月系統的潮汐影響 (Wiki)
  11. 無可避免的地球自轉減速,東吳大學賈老師的部落格
  12. IERS 網站
  13. 蘋果日報2015/6/21:六月底多一秒 小心閏秒造成當機
  14. 閏秒 (Wiki)

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WhyJ

同時滿足冒險的血液與科學研究的熱情,這就是地球科學與太空探索的魅力所在。期待在世界的某個角落中碰到你,那怕是層巒疊嶂的山稜上、波光瀲灩的水岸旁。那時,我將與你分享從沙丘中看見的歷史,與從冰川發掘的寶藏。夜晚,我們將遙望皎潔的明月,甚至更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。