全球暖化來搗亂 還需要閏秒嗎?
過去我們藉由增加閏秒,維持原子鐘計時與地球自轉同步,但全球暖化使這件事變得複雜又難以預料。
撰文/菲謝蒂(Mark Fischetti)
繪圖/湯伯利(Matthew Twombly)
翻譯/李宛儒
很久以前,我們的祖先定義地球自轉一圈的時間為一天,每天各有一次日升和日落,這樣一天可切分為24小時。然而當地球自轉速度略減,實際自轉一圈所需的時間會比一天稍長,這種情況多年來都是如此。而在日常生活中,從網路通訊、全球定位系統(GPS)軟體到股票自動交易,幾乎一切活動都仰賴原子鐘計時。由於原子鐘永遠不會減速,全球計時人員必須定期幫原子鐘加個「閏秒」,好讓原子鐘計時與地球自轉維持同步。自1972年以來,這種麻煩的閏秒已增加27次。
而不久之後,我們可能要面臨有史以來第一次「負閏秒」,原因是地球自轉速度大約從1990年開始加快,抵消了本來的減速,使一天的時間變短。原因有二,稍後會解釋。
出現這種現象,令許多人質疑為何不直接廢除閏秒,因為每次調整原子鐘,全球就有大量電腦和通訊設備需要重新設定,想到就令人頭皮發麻。美國負責原子鐘計時的單位是美國國家標準與技術局(NIST),全球大多數電腦與之校準同步,平常每天有將近10億台電腦會向NIST發出超過1000億次的請求來調校時間。即使是添加閏秒也可能造成各種問題,例如2012年Reddit突然當機,以及澳洲航空作業系統因故障而導致各地航班大延遲,都歸咎於閏秒的調整。
為什麽不直接忽略閏秒就好?地球自轉與原子鐘時間差了一秒,如果什麼都不做,大概100年後會相差一分鐘,應該也可以忽略。在這個高度數位化的世界,地球自轉一圈的確切時間真的很重要嗎?⋯⋯
作者簡介:
《科學人》獲頒48屆金鼎獎學習類雜誌。睽違八年再度獲獎,是2002年創刊以來第12座金鼎獎。
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特別收錄 / 編輯的話:
「不滿意」和「我希望」——歲月靜好不會引導我們走上創新之路
要「解決」一個問題,首先要「看到」這個問題,「不滿意」就是看到問題的起點。多數人感覺的是歲月靜好,少數人眼中看到了「不滿意」,腦中就浮起了「我希望」,請容忍這少數人,他們因「不滿」而「創新」,就能推動文明向前,讓歲月更為靜好!
文/孫維新
2015年12月21日,太空探索公司(SpaceX)發射獵鷹九號火箭,升空之後兩分多鐘,第一節火箭引擎關閉脫落,第二節火箭緊接著點燃,繼續將前方的衛星酬載送往太空;此時剛脫落的第一節火箭再次點火上衝同時轉彎,加速衝回剛才起飛的地面發射場上方,然後轉正姿態下墜,尾部朝下持續噴火,降低落速,接近地面時放下起落架,穩穩落回發射場上!
這陸上回收第一節火箭的精采過程,世人看得目瞪口呆,SpaceX的老闆馬斯克(Elon Musk)卻不滿意。
2016年4月8日,SpaceX發射獵鷹九號火箭,升空後兩分多鐘,第一節火箭引擎關閉脫落,沿著原先的彈道方向往前飛行同時往海面落下,但調頭轉了180度,讓尾部朝下掉落,途中引擎點火兩次,降低落速,轉正姿態,最後準確且穩定地落在海面上一個名為「當然我仍然愛你」(Of course I still love you)的浮台上!
這海上回收第一節火箭的精采過程,完全違反「人體工學」,世人看得更是驚訝莫名,不敢置信,但馬斯克仍不滿意。
2024年10月13日,在德州馬斯克自建的太空港博卡奇卡(Boca Chica)海邊,SpaceX進行星艦(Starship)火箭的第五次試射,這支總長121公尺、使用33個引擎的巨型火箭升空之後的2分41 秒,第一節火箭(正式名稱為「超級重型助推器」)脫離,轉向上衝之後往回飛,經過100公里的軌道最高點,回到發射場上空時,姿態轉正,尾部朝下,在高空中垂直下墜,途中斷續朝下噴火減速,在四分鐘之內從極音速(將近五馬赫)減緩到超音速(大於一馬赫),再到次音速,跨越音障時的兩次音爆震耳欲聾,就在萬千民眾眼前,這支高達22層樓、重達275噸的重型助推器破空而下,竟然能準確落入發射架的小小空間中,由兩根暱稱「筷子」的機械臂收攏夾住,在空中就完成了火箭回收!
不用落地,在空中就能回收重型助推器,乍聽之下匪夷所思,實際看到更是心神震撼!這個太空發展史上的科技奇蹟,就是來自馬斯克的「不滿意」。但這些「不滿意」為何出現?
一支獵鷹九號火箭的造價為3000萬美元,第一節火箭佔約70%,也就是2000萬美元,裝載於其中的燃料「液氧煤油」價值僅為20萬美元。然而在傳統的發射過程中,第一節火箭脫落之後直接掉入海中,海水是有腐蝕性的,火箭即使撈起來也不能再用,馬斯克的工程師思維就覺得不對勁:「為了燒20萬美元的燃料,要丟掉一個2000萬美元的筒子?」這就好像一個人每天開一輛新車去上班,到了辦公室就把車扔了,第二天再開一輛新車去,怎麼想都不合理!所以馬斯克才打定主意開始發展陸上和海上的回收技術,這個過程中失敗了許多次,也被對手笑了許多次。
那陸上回收成功了不就好了?為什麼還不滿意?因為第一節火箭在脫落時,已經出海很遠,要調頭飛回發射場重新著陸,需要保留很多燃料,燃料就是重量,也就是錢,更何況回到陸地高速落下,還有人員社區的安全問題。
那海上回收成功了不就好了?為什麼還不滿意?海上回收要運回港口,一路風急浪高,有一回快到港口了竟然被大浪打翻在海裡。即使順利回到港口,還要出動大型吊車把助推器吊上岸,運回發射場重新整理,這無法滿足馬斯克對「周轉時間」(turn-around time)的要求,他要的是「今天回收,明天發射」!
這些「不滿意」所共同指向的解決方案,就是「空中回收」,乾脆讓第一節火箭直接落回發射架中!這雙「筷子」空中接住火箭之後,緩緩下降,助推器重灌燃料,上方再吊裝新的前級火箭,第二天就可以發射。不但可以滿足「周轉時間」的要求,連「著陸腳」的重量都省了,因為火箭根本不會接觸陸地!
改善現狀的第一步就是「不滿意」,要「解決」一個問題,首先要「看到」這個問題!要是眼裡看不到問題,放眼望去都是歲月靜好,也就沒有發揮創意改善現狀的可能。
我們在日常生活中能看到許多讓人「不滿意」的地方,就拿辦公室普遍做為天花板的「矽酸鈣板」為例,每塊60公分見方,材質輕巧,防火隔熱,維修電燈時踩上梯子鑽進鑽出也方便,但是每逢地震就會有好幾塊板子掉下來,雖然板子很輕不會對人造成嚴重傷害,但若打翻桌上茶水浸入電腦也會產生複合型災害。為什麼這麼多年來沒有改用「地震時不會掉下來」的天花板?
課堂上告訴學生要對周遭環境「不滿意」不太合適,好像鼓勵年輕人批評現狀,所以我就將「不滿意」換成了「我希望」,期望我們眼中的「不滿意」能形成腦中的「我希望」,十個「我希望」中能有一個成功改善,就會對社會產生正面影響。
眼中盡是「不滿意」的馬斯克日前獲得川普任命,即將出任美國政府效率部部長; 41歲的億萬富翁艾薩克曼(Jaren Isaacman)是馬斯克的好友,也是在馬斯克幫助下第一位進行太空漫步的民間人士,則獲川普任命為美國航太總署(NASA)的新署長。這兩位以「效率」為指標的企業家,帶著新創企業的衝勁,即將撞上長期以來歲月靜好的聯邦政府,讓我們拭目以待,看這種「破壞性創新」會帶來何種變革!
特別收錄 / 編輯的話:「不滿意」和「我希望」——歲月靜好不會引導我們走上創新之路
要「解決」一個問題,首先要「看到」這個問題,「不滿意」就是看到問題的起點。多數人感覺的是歲月靜好,少數人眼中看到了「不滿意」,腦中就浮起了「我希望」,請容忍這少數人,他們因「不滿」而「創新」,就能推動文明向前,讓歲月更為靜好!
文/孫維新
2015年12月21日,太空探索公司(SpaceX)發射獵鷹九號火箭,升空之後兩分多鐘,第一節火箭引擎關閉脫落,第二節火箭緊接著點燃,繼續將前方的衛星酬載送往太空;此時剛脫落的第一節火箭再...
目錄
關於封面
我們早已習慣閏年,每四年就會有2月29日,然而閏秒呢?閏秒與閏年的概念相同,因為我們使用的計時方式(原子鐘/曆法)與天文時間(自轉/公轉)並不一致,因此偶爾會像封面上地球裡的時鐘增加(閏)一秒。但全球暖化使地球自轉變快又變慢,導致世界各國重新思考閏秒的意義!
Illustration by Matthew Twombly
總編輯的話
「不滿意」和「我希望」——歲月靜好不會引導我們走上創新之路
文/孫維新
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