世界の標準時の決め方

世界 の 標準時 の 決め方
独立行政法人 情報通信研究機構
今村國康
Kuniyasu Imamura
て，この時点では時間の単位である 1 秒は，平均太陽日の
ま えが き
1/86,400（1 日は 86,400 秒です）として定義されたことに
なります．こうした時刻の決め方を天文時といいます．
「今年の 7 月 1 日は 3 年半ぶりに 1 秒長い日となりました」
これを受けて日本では，1886 年に勅令第 51 号が出され，
とお聞きになった人もいらっしゃるかと思います．そう，
「東経 135 度の子午線の時」を本邦の標準時とする標準時
2012 年はうるう秒が実施されました．
制度が確立しました．
うるう秒ってうるう年とは違うの？ 時間はイギリスが
しかしながら，秒の定義が天文観測結果に依存しており，
基準だよね？ 日本標準時（JST：Japan Standard Time）は明
石で決めているの？ 等々，標準時がどのように決められ
地球の自転が不規則に変化していることから，長さや重さ
ているかについて，曖昧な方も多いかと思います．本稿で
などと並ぶ物理量である「秒」が，正確に決まらない（変
は，世界の標準時がどのように決められているかについて
化する）という問題がありました．
1950 年代には，マイクロ波の技術進展や原子物理学の
解説します．
発達により，原子周波数標準器が相次いで開発されました．
中でも英国と米国の実験により，セシウム原子周波数標準
標準時の歴史
器は高い正確さで秒が実現できたことから，1967 年の国
人類は昔から自然界の物理現象を利用して，時間を正確
際度量衡総会で秒の定義はセシウム原子を基にしたものに
に計る努力をしてきました．古代エジプトから，天体観測
改訂されました．この 1 秒を基に作られる時刻は国際原子
によって暦が発達したことはよく知られています．18 世
時（TAI：Temps Atomique International）といい，1958 年 1
紀には，機械式時計が普及することで，安全な航海が行え
月 1 日 0 時のそれまでの天文時を原点として，以降，セシ
て交易が発達するようになると，時間や時刻の定義が問題
ウム原子標準器により定義に基づいて作り出された 1 秒を
となるようになりました．
積み重ねていくことで，決められた時刻です（図 1）
．
1884 年 10 月に開催された「万国子午線会議」によって，
このように正確な秒が作り出せるようになったものの，
グリニッジ子午線（北極と南極を結ぶ，赤道に直交した線：
天文時の秒とは異なることから，当初は定義の秒をわざと
グリニッジ子午線は本初子午線ともいう）が決められ，世
ずらして運用するということが続けられました．しかし，
界日が採用されました．この世界日は平均太陽日（1 年を
国際的な論争の末にずらす方式は廃止され，後に述べます
平均した太陽日＝太陽が南中したときが昼の 12 時）であっ
協定世界時（UTC：Coordinated Universal Time）が誕生して，
(TAI)
58 ’
59 ’
60 ’
61 ’
62 ’
63
’
64 ’
’
65
−1
−2
66
’
67
’
−3
−4
68
’
69
’
70
’
71
’
−5
−6
−7
−8
1961
1971
1972
1
1
73
’
−9
74
’
75
’
−10
76
’
−11
77
−12
’
78
’
−13
79
’
−14
80
’
−15
−16
−17
−18
−19
−20
−21
，
(TAI)
(TAI)
0
(UTC)
72
’
10
(UTC)
82
’
83
’
84 ’
85
’
(TAI)
86 ’
’
87
88 ’
’
89
−22
90
’
91
’
−23
-24
−25
(UTC)
，1
0.9
，
1972
81
’
92
’
93
’
−26
−27
−28
−29
−30
94’
95
’
UT1
96
’
97’
98
’
99’
00’
01’
02’
03’
04’
05
’
06’
07’
08
’
−31
10 ’
09’
11’
12’
13
’
−32
−33
−34
−35
図 1 国際原子時と協定世界時
88
© 電子情報通信学会 2012
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012
1972 年から運用されるようになりました．
国際的に使われている，いわゆる世界の標準時とは，こ
の協定世界時のことをいいます．
協定世界時の決め方とうるう秒
協定世界時は，1972 年から天文時に近似させている原
子時で 1 秒の長さは国際原子時と同一であることが特徴で
す．天文時は地球の自転（姿勢）を観測することで決めら
れます．この観測は国際協力により行われ，国際地球回転・
基準系事業（IERS）が解析しています．
この天文時は，国際原子時とは関係がないため，地球自
図 2 原子泉型一次周波数標準器 CsF1
転の変動で国際原子時からだんだんとずれていってしまい
ます（図 1 の黒破線）
．UTC は，天文時とのずれが 0.9 秒
しないといけません．市販の原子時計では，こういった評
以内に収まるように運用される時系（図 1 の赤線）で，必
価をすることができないため，単に平均で決めた原子時に
要に応じてうるう秒を挿入したり削除したりすることで調
はずれが生じます．
整します．今年 2012 年 7 月には，3 年半ぶりとなるうる
う秒挿入による調整が，世界中で一斉に行われました．
これに対し，一次周波数標準器と呼ばれるものは，考え
られる全ての効果による，1 秒の長さのずれを評価できる
このように，うるう秒は地球自転の影響で行われるので
ように作られたものです．国際原子時の決定に寄与してい
不定期です．時刻の流れから見ると不連続となります．ま
る一次周波数標準器を運用している国は，この 1 年間で見
た，最近ではコンピュータをはじめとする精密機器類の普
ると 5 か国 10 台だけであり，当機構もそのうちの 1 台を
及により，秒単位で正確な運用が要求される一方，うるう
運用しています．その装置は原子泉型一次周波数標準器
秒への対応が困難なケースも増えてきたため，うるう秒制
CsF1 といい，
能力は 1,500 万年に 1 秒の確かさです（図 2）
．
度の変更（廃止）について世界で論議が起こり，現在も論
議が続けられています．
一次周波数標準器で決定された国際原子時は，平均で決
−13
めた原子時との差が約 6 × 10
（約 5 万年に 1 秒のずれに
相当）に及びます．補正されて決定した国際原子時の確度
正確な国際原子時の維持
−15
は約 4×10 （約 800 万年に 1 秒のずれに相当）
となります．
実はこうした高精度な周波数標準器を用いて決定される
国際原子時の決定は，どこかに基準となる原子時計があ
協定世界時そのものは，リアルタイムには存在しません．
るのかと思われるかもしれませんがそうではなく，こちら
世界各国からデータを集め，高精度な計算によって確定さ
も国際協力の下で国際度量衡局（BIPM）が決定しています．
せるため，正確な時刻決定に一月を要します．このため今
世界各国の標準時機関が保有する原子時計（現在，
約 400 台）
の時刻は，各国の標準時機関が，協定世界時から大きくず
のそれぞれの時刻差データを寄せ集め，平均値（重み付け
れないように，予測しながら原子時計を精緻に調整して作
平均）を取ることで決めます．ここで使われているセシウ
り出して，供給しています．
ム原子時計は，市販されている原子時計がほとんどであり，
十分な安定性をもっていますが，残念ながら定義に基づく
1 秒を作り出すには，
確かさ（確度）が十分ではありません．
む　す　び
1 秒 の 定 義 は，
「 セ シ ウ ム 133 の 原 子 の 基 底 状 態 の 二
日本標準時は，当機構が作り出した協定世界時から，東
つの超微細構造準位の間の遷移に対応する放射の周期の
経 135 度の時差に当たる 9 時間を進めた時刻です．誌面の
9,192,631,770 倍の継続時間である」と決められていますが，
都合で詳しくは説明できませんが，ウェブの情報などを参
もっと正確に言うと原子が静止した状態である必要（運動
照して下さい．
するとドップラー効果が起きる）や，
場所が特定される（相
対性理論の効果で，標高が変わると時計の進みが変わる）
参 考
などの制約があります．実際の原子時計の運用では，この
・日本標準時グループ，独立行政法人情報通信研究機構， ような条件を満たすことができないので，実際に運用する
http://jjy.nict.go.jp/
状態においての 1 秒の長さのずれがどれだけあるかを評価
子どもに教えたい通信のしくみ
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