Skala waktu dan detik kabisat
Bukan satuan ukur melainkan tiga skala: UTC, TAI dan UT1 · besaran: suatu saat
Pada 31 Desember 2016 jam-jam Badan Rotasi Bumi Internasional menunjukkan pukul 23 lewat 59 menit 60 detik — waktu yang pada hari biasa sama sekali tidak ada. Detik itu disisipkan karena sampai hari tersebut Bumi telah tertinggal hampir enam persepuluh detik dari jam atom, dan tanpa penyisipan penyimpangan itu akan melewati ambang yang ditetapkan lewat kesepakatan. Sejak itu tidak pernah ada penyisipan lagi: planet ini di luar dugaan bertambah cepat, dan kini dibahas dengan sungguh-sungguh tindakan sebaliknya — sebuah detik yang bukan harus ditambahkan, melainkan dihapus.
Perkara ini hanya dapat dipahami dengan membedakan tiga hal yang oleh bahasa sehari-hari disebut dengan satu kata, «waktu». TAI adalah skala atom, berjalan rata dan tidak peduli pada planet; UT1 adalah sudut putar Bumi sendiri, yakni gejala astronomi dengan perangainya sendiri; sedangkan UTC adalah skala kompromi: ia berjalan dengan detik atom, tetapi sesekali menerima satu detik utuh yang disisipkan agar tidak menjauh dari planet lebih dari sembilan persepuluh detik. Yang pertama tidak dapat disetel, yang kedua tidak dapat diramalkan, dan yang ketiga ditetapkan oleh keputusan sebuah panitia dan dicetak dalam buletin.
01 · Definisi
Waktu Atom Internasional TAI disusun dari bacaan sekitar dua ratus lima puluh jam atom yang tersebar di laboratorium-laboratorium negara, dan berjalan dengan detik SI tanpa satu pun koreksi. Waktu Semesta UT1 ditentukan oleh sudut putar Bumi, karena itu langkahnya berubah bersama planet. Waktu Semesta Terkoordinasi UTC berbeda dari TAI sebanyak bilangan bulat detik, dan dijaga tetap dekat dengan UT1 melalui penyisipan yang diumumkan oleh Badan Rotasi Bumi Internasional.
Maksud UTC ialah menyatukan yang tidak dapat disatukan: detiknya bersifat atom, rata, cocok untuk fisika maupun perhubungan; sedangkan bacaannya bersifat astronomi, terikat pada siang dan malam. Penyatuan itu dibayar dengan sebuah patahan: sekali dalam beberapa tahun masuklah satu detik berlebih ke dalam skala, menit itu lalu memuat enam puluh satu detik, dan cap 23:59:60 menjadi sah. Karena itulah, di antara ketiga skala, hanya UTC yang memiliki saat-saat yang tidak sanggup diungkapkan oleh perhitungan hari yang biasa.
Ambang yang bila dilewati menyebabkan penyisipan ditetapkan bernilai sembilan persepuluh detik dalam nilai mutlak, dan ia tidak bersandar pada alasan fisika melainkan pada kompromi antara para astronom dan para insinyur perhubungan, yang dicapai pada 1972. Badan itu mengikuti selisih UT1 − UTC dengan interferometri radio dan pengamatan satelit, lalu menerbitkan keputusannya dalam Buletin C — dua kali setahun, setengah tahun sebelum tanggal yang mungkin, yang jatuh pada akhir Juni atau akhir Desember.
UTC tidak dapat diperiksa dengan alat apa pun, sebab ia sama sekali tidak punya nilai sejati: TAI berlaku sebagai satuan, UT1 sebagai gejala, dan UTC sebagai kesepakatan, dan bacaannya diumumkan, bukan diukur. Sebaliknya, jam kita sendiri dapat dibandingkan dengannya sampai nanodetik, karena buletin badan itu menyatakan berapa besar bacaan tiap skala negara menyimpang dari skala yang disepakati.
Tangga di atas adalah pergeseran TAI − UTC, yang bertambah dengan detik utuh; gergaji di bawah adalah selisih UT1 − UTC, yang merayap turun bersama Bumi yang tertinggal dan melompat naik satu detik pada tiap penyisipan. Garis-garis merah di bawah menandai ambang sembilan persepuluh: begitu gergaji mendekatinya, badan itu menetapkan penyisipan baru, dan kedua garis melangkah bersama-sama.
Garis putus-putus adalah skala atom, tempat tiap detik sama dengan detik sebelumnya; garis berombak adalah putaran Bumi, yang direm gesekan pasang surut namun tetap mengembara, sebab air dan udara terbagi ulang, bahkan karena gerakan di inti cair. Garis-garis merah adalah saat-saat ketika badan itu terpaksa turun tangan. Justru karena garis kedua tidak dapat diramalkan, penyisipan tidak bisa diumumkan sepuluh tahun sebelumnya: ia ditetapkan setengah tahun lebih dulu, berdasarkan pengamatan.
02 · Konversi
Saat yang sama pada skala yang berbeda
Masukkan suatu saat dalam bentuk lazim mana pun — tahun desimal, tanggal Julian, perhitungan detik sejak awal zaman Unix — dan kartu keterangan akan menunjukkan bagaimana saat yang sama itu tampak pada skala-skala lain dan pergeseran apa yang berlaku pada hari itu.
Perpindahan antarskala atom tepat sampai nanodetik, sebab ditetapkan oleh tetapan: TT berbeda dari TAI sebesar 32,184 s, dan skala GPS tepat 19 s. Hanya baris UT1 yang bersifat hampiran: ia diambil dari Buletin A, dan untuk masa depan diberikan sebagai ramalan.
Perhitungan detik dalam baku POSIX diatur sedemikian rupa sehingga satu hari selalu memuat tepat 86 400 detik, dan detik yang disisipkan tidak punya apa pun untuk menyatakan dirinya di sana: sistem itu entah mengulang bacaan yang sama dua kali, entah memundurkan jam. Karena hal sepele itu, pada Juni 2012 peladen separuh layanan besar berjatuhan, dan sejak itu beberapa perusahaan meregangkan detik berlebih itu sepanjang satu hari penuh, mengoleskannya tipis-tipis pada jam mereka.
| Nilai | Catatan | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Orde besaran
skala logaritma: dari nanodetik hingga lima jam04 · Alat ukur
Dengan apa skala ditegakkan dan dengan apa diperiksa
Segumpal awan atom yang telah didinginkan dilontarkan ke atas dan melewati rongga resonansi yang sama dua kali — saat naik dan saat jatuh — sehingga frekuensi peralihannya dapat diukur sampai angka keenam belas. Baku primer semacam itu menetapkan panjang detik dan tidak menyimpan bacaan waktu sama sekali: ia dinyalakan beberapa hari saja untuk memeriksa jalannya jam-jam lain.
Maser menjaga frekuensinya jauh lebih rata daripada air mancur atom pada selang dari satu jam sampai satu hari, tetapi perlahan-lahan menyimpang ke samping; karena itu di laboratorium ia menjadi penjaga skala, bukan baku frekuensi: jalannya dibandingkan dengan baku primer tiap beberapa hari. Maser-maser inilah yang memberikan bacaan tak terputus yang kemudian dipakai menyusun TAI.
Dua antena di benua yang berbeda menerima derau kuasar yang sama, dan selisih waktu tibanya isyarat membocorkan arah Bumi terhadap sumber-sumber yang jauh. Persis begitulah UT1 diukur, sebab sudut putar planet ini tidak dapat diketahui dengan jam mana pun — ia hanya dapat diamati, dan badan itu melakukannya siang malam.
Tiap satelit membawa jam atom di badannya, dan penerima yang telah menangkap empat isyarat memulihkan bukan hanya letaknya sendiri melainkan juga waktu, dengan ketelitian puluhan nanodetik. Namun skala yang dipancarkan adalah skalanya sendiri: sistem GPS sama sekali tidak punya penyisipan, ia berdiri tepat sembilan belas detik dari TAI, sedangkan selisih berjalan terhadap UTC menempuh perjalanan dalam ruas tersendiri pada pesan satelit.
05 · Aturan penulisan
Cap waktu tanpa skalanya bukanlah cap
Nama skala ditulis dengan huruf besar, tanpa titik dan tanpa spasi di dalamnya, sedangkan pada bacaannya selalu ditambahkan pada skala mana ia diambil: huruf Z atau sebuah pergeseran dalam penulisan baku ISO 8601, serta penyebutan tersendiri TAI atau GPS bila waktunya bersifat atom. Selisih antarskala ditulis dengan tanda dan dalam detik, dengan skala yang dikurangi ditaruh lebih dulu.
Penulisan pertama mustahil, sebab penyisipan dilakukan pada akhir hari menurut UTC, sedangkan di zona Moskwa saat yang sama jatuh pada pukul tiga dini hari dan capnya menjadi 02:59:60. Yang kedua menaruh tanda sama dengan antara skala dan waktu rata-rata bersejarah meridian Greenwich, yang dalam metrologi sudah lama tidak dipakai. Yang ketiga mengacaukan arah pengurangan: skala atom berjalan di depan, bukan di belakang. Adapun yang keempat sama sekali tidak mungkin muncul dalam buletin, sebab badan itu wajib menyisipkan satu detik jauh sebelum selisihnya mencapai nilai sedemikian.
06 · Skala tetangga
Di sampingnya berdiri semua skala yang menghitung waktu yang sama dari titik awal lain atau dalam kerangka acuan lain: waktu bumi TT, yang dipakai menghitung efemeris, skala atom sistem satelit, dan waktu koordinat barisentrik, yang memperhitungkan bahwa jam di Bumi berjalan lain daripada di pusat massa Tata Surya.
tanpa penyisipan dan koreksi
gejala yang teramati
skala efemeris
Di antara lembar-lembar Simetrium di sebelahnya berdiri sekon, yang memberi satuan kepada ketiga skala, hari dan jam, tempat ketaksamaan putaran yang sama tampak dari sisi lain, dan penanggalan, yang berbeda bukan satuannya melainkan titik awalnya.
07 · Bagian sejarah
Detik yang mula-mula diciptakan dan kini dihapuskan
Louis Essen dan Jack Parry merakit jam sesium pertama di Laboratorium Fisika Nasional dan menemukan hal yang tidak menyenangkan: alat itu ternyata lebih mantap daripada benda yang hendak dipakai memeriksanya. Sejak saat itu Bumi berhenti menjadi baku waktu dan berubah menjadi objek pengamatan, dan delapan tahun kemudian detik dirumuskan ulang lewat frekuensi peralihan sesium.
Rupa pertama UTC menyesuaikan diri kepada Bumi dengan cara lain: setahun sekali diumumkan koreksi atas frekuensinya sendiri, sehingga detik skala itu sengaja berbeda dari detik SI, dan di samping itu bacaannya sesekali digeser sebesar persepuluhan. Bagi pelaut hal itu cocok, bagi para fisikawan tidak, maka detik karet pun ditinggalkan, dengan pengakuan bahwa patahan yang jarang lebih baik daripada satuan yang terus-menerus keliru.
Sejak 1 Januari 1972 UTC berjalan dengan detik SI yang rata, tepat sepuluh detik di belakang skala atom, dan memperoleh hak untuk penyisipan. Ambang sembilan persepuluh detik dipilih sebagai jalan tengah antara tuntutan para pelaut, yang memerlukan ikatan astronomi, dan tuntutan para insinyur perhubungan, yang memerlukan kesinambungan.
Konferensi Umum Timbangan dan Ukuran yang kedua puluh tujuh memutuskan untuk menurunkan ambang itu menjadi nol, yakni melepaskan penyisipan, selambat-lambatnya pada 2035. Alasannya bukan kenyamanan pemrogram, melainkan bahwa Bumi mulai bertambah cepat: sejak 2020 rekor hari terpendek telah dipecahkan beberapa kali, dan alih-alih penyisipan yang biasa, mungkin untuk pertama kalinya diperlukan penghapusan satu detik — dan untuk itu tak ada satu pun sistem di dunia yang siap.
Skala yang bacaannya diumumkan, bukan diukur
Setiap besaran dalam katalog ini memiliki alat yang sanggup mengatakan berapa nilainya, dan hanya UTC yang tidak memiliki alat semacam itu dan memang tidak mungkin memilikinya. Jam atom mengukur selang, interferometer mengukur putaran Bumi, sedangkan pertanyaan apakah pada akhir Juni harus disisipkan satu detik diputuskan oleh manusia dan dicetak dalam buletin, sebab ambang sembilan persepuluh detik adalah soal kesepakatan, bukan soal alam. Dari sinilah lahir sifat yang ganjil: simpangan jam mana pun di planet ini terhadap UTC diketahui sampai nanodetik, sedangkan ketepatan UTC sendiri tidak punya apa pun untuk dibandingkan — ia tepat menurut batasannya.
Sifat kesepakatan dari skala ini paling jelas tersingkap dalam persiapan penghapusannya. Penyisipan diputuskan untuk disingkirkan bukan karena orang telah belajar mengukur putaran planet lebih halus, melainkan karena harga patahan itu telah naik: cap waktu bursa, navigasi satelit, dan jaringan perhubungan lebih menderita oleh satu detik berlebih daripada penderitaan pelaut oleh penyimpangan terhadap matahari. Bila ambang diturunkan menjadi nol, UTC akan berhenti mengejar Bumi dan menjauh darinya, mula-mula satu menit tiap abad, kemudian lebih — adapun apa yang harus diperbuat dengan penyimpangan itu, akan diputuskan oleh angkatan yang akan datang.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan besaran di luar sistem yang tanpanya teknik maupun penanggalan tidak akan berjalan.