協調世界時

協調世界時（Coordinated Universal Time，Temps Universel Coordonné，簡稱 UTC）是最主要的世界時間標準，其以原子時的秒長為基礎，在時刻上儘量接近於格林尼治標準時間。臺灣採用 CNS 7648 的《資料元及交換格式–資訊交換–日期及時間的表示法》（與 ISO 8601 類似）稱之為「世界協調時間」；中華人民共和國採用 ISO 8601:2000 的國家標準 GB/T 7408-2005《資料元和交換格式 資訊交換 日期和時間表示法》中則稱之為「協調世界時」。

協調世界時是世界上調節時鐘和時間的主要時間標準，它與 0 度經線的平太陽時相差不超過 1 秒，並不遵守夏令時。協調世界時是最接近格林威治標準時間（GMT）的幾個替代時間系統之一。對於大多數用途來說，UTC 時間被認為能與 GMT 時間互換，但 GMT 時間已不再被科學界所確定。

協調世界時（UTC）正式形成於 1963 年國際無線電諮詢委員會的 374 號建議中，該建議由多國時間實驗室共同提出。人們對該時間系統進行過數次調整，直到 1972 年引入了閏秒機制，調整工作得以簡化。也有很多人提議用一個沒有閏秒的時間系統來替換掉協調世界時，但目前尚未就此達成一致。

現行的協調世界時根據國際電信聯盟的建議《Standard-frequency and time-signal emissions》(ITU-R TF.460-6) 所確定。UTC 基於國際原子時，並透過不規則的加入閏秒來抵消地球自轉變慢的影響。閏秒在必要的時候會被插入到 UTC 中，以保證協調世界時（UTC）與世界時（UT1）相差不超過 0.9 秒。

縮寫

協調世界時的縮寫為 UTC。國際電信聯盟希望協調世界時能夠在所有語言有單一的縮寫。英語和法語區的人同時希望各自的語言縮寫－CUT 和 TUC 能夠成為國際標準，結果最後妥協使用 UTC，這個縮寫跟從世界時變種（UT0、UT1、UT2、UT1R 等等）的縮寫模式相似。

機理

協調世界時把時間分為天、小時、分鐘和秒。通常，天是使用格里曆（公曆）定義的，但也能使用儒略日。每天包含 24 小時，每小時包含 60 分鐘。一分鐘通常有 60 秒，但加入了隨機的閏秒後，一分鐘可能是 61 秒或 59 秒。因此，在 UTC 系統的時間尺度中，秒和比秒小的單位（毫秒、微秒等）其長度是固定的，但是對於分鐘和比分還大的單位（小時、天、周等），其長度是可變的。國際地球自轉服務組織（IERS）做出插入閏秒的決定，並至少在加入前 6 個月釋出在該組織的 “公告 C” 中 。閏秒是無法提前很早預知的，因為地球的自轉速率是不可預測的。

幾乎所有的 UTC 天都包含 86,400 SI 秒，即每分鐘正好有 60 秒。然而，由於一個平太陽日比 86,400 SI 秒稍微長一些，偶爾會有一個 UTC 天的最後一分鐘被調整為 61 秒。多出的這一秒被稱為閏秒，它體現了上一閏秒後比平太陽日多出來的全部時長（大約每天 2 毫秒）。一個 UTC 天的最後一分鐘也可以是 59 秒，以此來適應地球自轉得更快的情況，但是這樣的可能性很小，至今還沒有出現過。UTC 天的長度不規則意味著帶小數的儒略日和 UTC 時間不能很好的對應。

為了保證協調世界時很接近世界時 UT1，UTC 從基於 TAI 的線性方程轉變成另一方程時，偶爾會出現不連續點。這些不連續點以閏秒的形式體現出來，這些不連續點就是造成了 UTC 天的長度不規則的閏秒。IERS 規定不連續點僅出現在 6 月或 12 月底，但也有規定將 3 月或者 9 月作為備選 。國際地球自轉服務組織 (IERS) 跟蹤並公佈 UTC 時間和世界時的差別，即 DUT1 = UT1 - UTC，另外，IERS 也負責引入不連續的閏秒來保證它們的時間差 DUT1 在 ±0.9 秒之間。

由於時間膨脹效應，不在大地基準面或者快速運動的標準時鍾，將不會和 UTC 時間保持同步。因此，在必要的時候，從大地基準面時鐘有確定關係的時鐘那裡獲取的遙感訊號，可以用來提供 UTC 時間，比如裝在航天器等位置上的時鐘。

如果查詢不到描述兩 UTC 時刻之間閏秒數量的列表，就不可能計算出這段時間內的精確時差。相應的，計算出一段以未來時刻為終點的時間間隔的時差也是不可能的，因為其中可能包含了數量不定的閏秒 (比如，“現在” 和 “2099-12-31 23:59:59” 之間有多少 TAI 秒)。因此，許多要求長期 (多年) 高精度測量的科學應用使用 TAI 來代替 UTC 時間。TAI 也經常被用在不能處理閏秒的系統中。GPS 時總是恰好比 TAI 時落後 19 秒 (TAI 時和 GPS 時都不受 UTC 中引入的閏秒影響)。

歷史

國際原子時的誤差為每日數納秒，而世界時的誤差為每日數毫秒。對於這種情況，一種稱為協調世界時的折衷時標於 1972 年面世。為確保協調世界時與世界時相差不會超過 0.9 秒，在有需要的情況下會在協調世界時內加上正或負閏秒。因此協調世界時與國際原子時之間會出現若干整數秒的差別。位於巴黎的國際地球自轉事務中央局負責決定何時加入閏秒。

1884 年，在華盛頓召開了國際子午線會議 (International Meridian Conference)，英國格林尼治皇家天文臺的當地平太陽時被指定為通用日，以午夜零時作為當天的起點。這種規定符合民用格林尼治時間 (GMT)，民用 GMT 自 1847 年起就在大不列顛島使用。相比之下，天文 GMT 開始於當天午夜後 12 小時的中午，直到 1925 年 1 月 1 日都是如此。與之相反，航海 GMT 開始於當天午夜前 12 小時的中午，至少到了 1805 年英國皇家海軍還在使用，航海 GMT 在其他地方又被使用了更長的時間，因為 1884 年的國際子午線會議提到了它。1884 年，有三分之二的圖表和地圖使用格林尼治子午線 (Greenwich Meridian) 作為它們的本初子午線 (Prime Meridian)。1928 年，國際天文聯合會 (International Astronomical Union) 引入了世界時 (UT) 的概念來指代 GMT，UT 的一天開始於 GMT 的午夜。直到 20 世紀 50 年代，廣播時間訊號都是以世界時 UT 為準，因此也以地球的自轉為準。

1955 年，銫原子鐘的發明，提供了一種比天文觀測更穩定且更方便的授時機制。1956 年，美國國家標準局 (U.S. National Bureau of Standards) 和美國海軍天文臺 (U.S. Naval Observatory) 開始研究以原子頻率為準的時間尺度。到了 1959 年，這些時間尺度被用來生成 WWV 時間訊號，並透過廣播它們的無線電臺廣為人知。1960 年，美國海軍天文臺、英國格林尼治皇家天文臺以及英國國家物理實驗室 (UK National Physical Laboratory) 協調了它們的無線電廣播，由此時間的步長和頻率的變化得到了協調，這樣產生的時間尺度也被正式命名為 “協調世界時”。

1958 年，將新確立的銫原子躍遷頻率和曆書秒聯絡起來的資料被公佈 。當曆書秒在支配太陽系行星和衛星運動的定律中充當自變數時，曆書秒這種時間間隔可以使得這些定律能夠準確預測太陽系中天體的觀測位置。在觀測精度允許的範圍內，曆書秒的長度是一定的，就像原子秒一樣。這次公佈的資料使得原子秒的某一長度值可以妥善地用於天體運動定律中。

1961 年，國際時間局開始在國際上協調不同的 UTC 時間 (但是直到 1967 年國際天文學聯合會才採用 “協調世界時” 這個命名 ) 。從那以後，每幾個月就會出現時間跳躍的情況，頻率的改變發生在每年的年末。每次跳躍都使時間增加 100 毫秒，這種 UTC 時間旨在能和世界時 UT2 保持很近似。

1967 年，國際單位制秒根據銫原子鐘產生的頻率被重新定義，這樣定義的秒實際上和曆書時的秒長度一樣。這個頻率就是 1958 年以來暫時用於 TAI 時間的頻率。很快人們發現讓不同長度的 UTC 秒和 SI 秒並存於 TAI 中是不對的。人們認為，時間訊號保持在一個恆定的頻率會更好，而那個頻率應該和 SI 秒相符合。因此，有必要依賴於時間跳躍來保持時間訊號和世界時 UT 很接近。人們在一個被稱為 “跳躍原子時”(SAT) 的服務中嘗試了這項實驗，SAT 時的秒長和 TAI 時的秒長一致，另外 SAT 使用了長度為 200 毫秒的時間階躍來保持其和世界時 UT2 的同步。

在 UTC 以及 SAT 系統中進行頻繁的時間跳躍並不令人滿意。1968 年，G. M. R. Winkler 以及銫原子鐘的發明人 Louis Essen，各自獨立地提出時間階躍的長度應僅為 1 秒。連同 UTC 的秒長應和 TAI 的秒長一致的觀點，這樣的系統最終得到了認可。UTC 時間的最後一次不規則時間跳躍發生在 1971 年底，其長度為 0.107758TAI 秒，因此 UTC 時間 1972 年 1 月 00:00:00 恰好等於 TAI 時間的 1972 年 1 月 00:00:10，這樣一來 UTC 和 TAI 之間的時間差就被調整為了整數秒。同時，UTC 時間每秒的變化和 TAI 的變化精確地一致。另外，UTC 時間也開始在時刻上更接近 UT1 而非 UT2。一些報時訊號開始播報 UT1 和 UTC 之間的修正值 DUT1，來滿足那些需要比當前 UTC 更接近 UT1 的應用。

用途

這套時間系統被應用於許多網際網路和全球資訊網的標準中，例如，網路時間協議（NTP, Network Time Protocol）就是協調世界時在網際網路中使用的一種方式。

在軍事中，協調世界時區會使用 “Z” 來表示。而在航空上，所有使用的時間劃一規定是協調世界時。而且 Z 在無線電中應以北約音標字母讀作 “Zulu”，協調世界時也會被稱為 “Zulu time”。比如說飛機在香港時間（UTC+8）18:00 整起飛，就會寫成 1000z，又或者讀作 “1000Zulu”。

4.1 日常使用

如果本地時間比 UTC 時間快，例如中國大陸、香港、澳門、臺灣、蒙古國、菲律賓、新加坡、馬來西亞、澳大利亞西部的時間比 UTC 快 8 小時，就會寫作 UTC+8，俗稱東八區。相反，如果本地時間比 UTC 時間慢，例如夏威夷的時間比 UTC 時間慢 10 小時，就會寫作 UTC-10，俗稱西十區。

4.2 極地

所有經線都在南極和北極匯聚，所以任何時區都可以在南極和北極使用。實踐中，極地探險家和科學家只需選擇最方便的時區即可。