Het is de nachtmerrie van wetenschappers en ICT’ers: de invoer van een negatieve schrikkelseconde. Maar door klimaatverandering lijkt deze nu zeker drie jaar later dan gepland nodig te zijn. En dat geeft ons iets meer tijd om ons erop voor te bereiden.
Doordat de aarde opwarmt, smelt het ijs nabij de polen. En dat draagt bij aan een tragere rotatie van de aarde, waardoor het de komende jaren niet nodig lijkt om – voor de allereerste keer – een negatieve schrikkelseconde in te voeren. Dat schrijven onderzoekers in het blad Nature. Het is slechts uitstel van executie; want rond 2029 lijkt de negatieve schrikkelseconde toch echt ingevoerd te moeten worden. Maar door klimaatverandering hebben we dus wel iets meer tijd om ons op die – tamelijk ingrijpende – invoer voor te bereiden.
Schrikkelseconde
De schrikkeldag kennen we allemaal. Minder bekend is echter de schrikkelseconde, waarbij een minuut eenmalig dus in plaats van 60 seconden een keertje 61 seconden duurt. De schrikkelseconde werd in 1972 voor het eerst toegepast. En in de jaren en decennia erna ook nog regelmatig van stal gehaald.
Atoomklokken en de rotatie van de aarde
En daar was een goede reden voor: de schrikkelseconde was nodig om te voorkomen dat tijdsmetingen uitgevoerd door atoomklokken te ver uit de pas gingen lopen met tijdsmetingen gebaseerd op de rotatie van de aarde.
Hoe zit dat precies?
Vandaag de dag wordt het verstrijken van de tijd gemeten met behulp van atoomklokken. Deze klokken maken voor hun tijdmeting gebruik van trillingen in atomen. Omdat een seconde door atoomklokken gedefinieerd wordt als een x aantal trillingen in een atoom en dat aantal trillingen constant is en niet door de omgeving beïnvloed wordt, lopen alle atoomklokken wereldwijd dus altijd gelijk en geven ze allemaal de ‘echte tijd’ aan.
UTC
Maar de wereldwijde samenleving gebruikt de gecoördineerde wereldtijd (UTC). En die is slechts ten dele gebaseerd op tijdmetingen door atoomklokken. Er wordt deels namelijk ook nog gekeken naar de rotatiesnelheid van de aarde. Er is alleen één probleem: de aarde is – in tegenstelling tot die atoomklokken – geen Zwitsers uurwerk (zie kader).
Door de jaren heen hebben atoomklokken laten zien dat de aarde over het algemeen genomen langzamer gaat draaien. Het resulteert in dagen die – opnieuw in de orde van milliseconden – langer zijn. Om te voorkomen dat de roterende aarde door de jaren heen te ver uit de pas gaat lopen met onze atoomklokken, wordt er sinds de jaren zeventig van de vorige eeuw regelmatig ingegrepen. Zo wordt er regelmatig een schrikkelseconde ingevoegd. Klokken krijgen er dan – eind december of eind juni – eenmalig een seconde bij, om zo te corrigeren voor de tragere rotatie van de aarde.
Positieve schrikkelseconden
We hebben het dan over positieve schrikkelseconden: er komt een seconde bij. Dat was bijvoorbeeld nodig in 1972, omdat een dag gedefinieerd door de rotatie van de aarde toen 2500 microseconden langer duurde dan een dag gedefinieerd door de atoomklokken deed. En over een jaar gezien, liep het verschil tussen die twee op tot bijna 1 seconde. Om een nog groter verschil te voorkomen, werd een schrikkelseconde ingezet. Maar dat is zeker niet elk jaar nodig. Zo was het verschil in 2023 tussen de duur van een dag zoals atoomklokken die meten en zoals de rotatie van de aarde deze dicteert, slechts 80 microseconden. Waardoor het verschil over een jaar bezien slechts opliep tot 0,03 seconden; te weinig om de inzet van een schrikkelseconde te rechtvaardigen.
Smeltend ijs
Maar hoe komt dat nu? Zoals gezegd zitten er variaties in de rotatie van de aarde en heeft dat verschillende oorzaken. Sommige van die oorzaken veranderen de rotatie van de aarde elk jaar in dezelfde mate. Maar er zijn twee fenomenen die de rotatiesnelheid van de aarde elk jaar in verschillende mate veranderen: het smelten van landijs op hogere breedtes én bewegingen in de vloeibare kern van de aarde. Laten we beginnen met dat smeltende landijs – dat door de opwarming van de aarde een behoorlijk impuls heeft gekregen. Wanneer landijs smelt, loopt het smeltwater de oceaan in, waardoor de wereldwijde zeespiegel stijgt. Het is in feite een massaverplaatsing: eerst bevond de massa zich nabij de polen, nu begeeft het zich dichter naar de evenaar. En dat zorgt ervoor dat de aarde langzamer gaat draaien.
Aardkern
En dan is er dus nog de vloeibare kern van de aarde: een enorme hoeveelheid gesmolten ijzer in het hart van onze planeet. Heel trage bewegingen in die ijzeren soep zorgen ervoor dat onze planeet een magnetisch veld kan genereren, maar beïnvloeden ook de snelheid waarmee de aarde roteert, zo ontdekten onderzoekers zeventig jaar geleden reeds. Zo kan de rotatie hierdoor vertraagd, maar ook versneld worden. En metingen hebben uitgewezen dat de vloeibare kern op zichzelf sinds 1972 juist een versnelling promoot. Hierdoor worden de dagen korter en zou je op termijn dus moeten gaan denken aan de invoer van een negatieve schrikkelseconde, waarbij een minuut dus een keertje niet 60, maar 59 seconden duurt.
Uitstel
Als die trend doorzet en we de door de opwarming van de aarde ingegeven smelt van het landijs even buiten beschouwing laten, zou een negatieve schrikkelseconde ergens rond 2026 moeten worden ingevoerd. Maar doordat het smeltende landijs de rotatie juist weer wat afremt, laat dat moment naar verwachting nu toch drie jaar langer op zich wachten.
Het is ongetwijfeld een opluchting voor wetenschappers en ICT’ers. Want een positieve schrikkelseconde invoeren is al behoorlijk ingrijpend, zo vertelde onderzoeker Erik Dierikx, werkzaam bij het nationaal metrologisch instituut VSL eerder aan Scientias.nl. “Onze atoomklokken kunnen we programmeren om de schrikkelseconde in te voegen. Maar met andere apparatuur in ons laboratorium – waaronder apparatuur die de tijd doorgeeft aan computernetwerken – is dat lastig en blijft het spannend.” De ervaring leert namelijk dat computernetwerken nogal van slag kunnen raken door een dergelijke correctie, met name wanneer deze niet helemaal goed wordt doorgevoerd. “Computers krijgen vaak van meerdere klokken te horen hoe laat het is. En als de ene klok zegt: het is zo laat. En de andere klok geeft een andere tijd door, dan kan zo’n systeem zich uit veiligheidsoverwegingen uitschakelen. Zo is het inchecksysteem van een grote luchthaven tijdens de invoer van een schrikkelseconde weleens uitgevallen.” Maar het invoeren van een negatieve schrikkelseconde – iets wat nog nooit eerder gebeurd is – is waarschijnlijk nog veel ingrijpender. “Het vormt een ongeëvenaard probleem voor computernetwerken,” zo schrijft onderzoeker Duncan Carr Agnew in Nature.
Maar dankzij klimaatverandering kunnen we ons daar dus ietsje langer op voorbereiden. Dat kleine voordeel dat de opwarming van de aarde zo voor onze registratie van tijd blijkt te hebben, weegt echter bij lange na niet op tegen de enorme nadelen die het op allerlei andere vlakken voor onze planeet en de mensheid heeft, zo benadrukt Agnew. Sterker nog: dat klimaatverandering nu ook al invloed heeft op de snelheid waarmee onze aarde draait, geeft wel aan dat wij mensen onze planeet op ongeëvenaarde wijze beïnvloeden.
Of een negatieve schrikkelseconde in 2029 echt nodig is, blijft afwachten. Het hangt ervan af wat de rotatie van de aarde de komende jaren gaat doen. Mocht de invoer van de schrikkelseconde uiteindelijk nog verder worden uitgesteld, kan daar uiteindelijk zomaar afstel van komen. Want een paar jaar geleden hebben landen wereldwijd afgesproken de schrikkelseconde per 2035 sowieso af te schaffen. Het besluit volgde op een jarenlange discussie over het nut van de schrikkelseconde. “Sommige mensen zeggen: schaf maar af,” vertelde Dierikx in 2020 al aan Scientias.nl. “Anderen willen de schrikkelseconde behouden. Vaststaat dat er weinig technische argumenten voor de invoer van de schrikkelseconde zijn. Het is meer gebaseerd op een gevoel dat mensen het prettig vinden dat het midden van de dag samenvalt met 12.00 uur en middernacht ook echt om 00.00 uur is.” Maar uiteindelijk bleek dat sentiment dus niet op te wegen tegen de nadelen die de invoer van een schrikkelseconde – positief of negatief – voor met name computernetwerken, heeft. En dus behoort deze vanaf 2035 sowieso tot het verleden.
