世界の時刻は誰が決めているのか

ベルリン、アレクサンダー広場の世界時計（Weltzeituhr）。撮影：Diego Delso、delso.photo、ライセンス CC BY-SA 4.0（トリミング）。

私たちは時計を携帯電話に合わせ、携帯電話はネットワークに合わせ、そのネットワークは……いったい誰に合わせているのでしょうか。時刻を一人で「支配」している者はいません。そこにあるのは、研究所と衛星と条約からなる国際的な仕組みです。時間を測ることを生業とする人にとってはなおさら、その内側を知っておく価値があります。

太陽から原子へ

何千年ものあいだ、時刻は土地ごとのものでした。正午とはその土地の子午線を太陽が通過する瞬間であり、リスボンとポルトのあいだには約2分の差がありました。鉄道と電信がこれを成り立たなくしました。1884年、ワシントンで開かれた国際子午線会議に25か国が集まり、グリニッジを本初子午線に選びます。こうしてグリニッジ平均時（GMT）が世界の基準となりました。

その基準は依然として、天文学者が測る地球の自転でした。時計は観測と観測のあいだ時刻を預かる番人にすぎません。ホイヘンスの振り子（1656年）、続いて水晶（1927年）。水晶はあまりに規則正しく、地球そのものの不規則さを明らかにし始めました。1955年、Louis Essen と Jack Parry が英国の研究所 NPL で、信頼できる最初のセシウム時計を稼働させます。このときから、標準は空にあるものではなくなりました。

クリスティアーン・ホイヘンス（1629–1695）。振り子時計と、てん輪のひげぜんまいの発明者。Caspar Netscher による肖像、1671年。画像：Wikimedia Commons（パブリックドメイン）。

秒：9 192 631 770 回の振動

1960年まで、1秒は平均太陽日の86 400分の1でした。この年、秒は1900年という年の一部分として定義し直されます。「暦表秒」と呼ばれ、より安定してはいるものの、日常的に測ることは不可能でした。1967年、国際度量衡総会（CGPM）は原子による定義を採択します。1秒とは、セシウム133の超微細構造遷移の放射の 9 192 631 770 周期の継続時間である、というものです。2019年の国際単位系の改定で表現は変わり、周波数の値を固定する形になりましたが、数値は同じです。

この数値は恣意的なものではありません。原子秒が暦表秒と一致するよう1955年から1958年にかけて測定されたもので、その暦表秒は1820年ごろの1日の長さを反映していました。それ以来、地球の自転は遅くなり、実際の1日はいまや原子秒86 400個分より1～2ミリ秒長くなっています。うるう秒の問題は、このわずかな差から生まれます。

現在最良のセシウム時計は「原子泉」型です。レーザーでほぼ絶対零度まで冷却したひとつかみの原子を1メートル上方へ打ち上げ、上昇時と落下時の2回、マイクロ波共振器を通過させます。最も多くの原子が状態を変えるまでマイクロ波の周波数を調整し、その周波数こそが秒となります。セシウム原子泉は、1億年以上たっても1秒と狂いません。

NIST-F2。米国 NIST のセシウム原子泉で、世界の時刻を校正する一次標準器のひとつ。画像：NIST / Wikimedia Commons（パブリックドメイン）。

TAI：紙でできた時計

秒をきちんと定義するだけでは足りません。それを途切れることなく、しかも誰もが認める形で数え続けなければなりません。その役目を担うのが BIPM（Bureau International des Poids et Mesures、国際度量衡局）です。1875年のメートル条約によって設立され、パリ近郊のセーヴルに本部を置いています。

セーヴルのブルトゥイユ館（Pavillon de Breteuil）。Bureau International des Poids et Mesures の本部。画像：Wikimedia Commons。

BIPM には親時計がありません。あるのは、世界中の約80の研究所で維持されている約450台の原子時計のデータです。

各研究所は、航法衛星や通信衛星を介した双方向リンクを通じて互いの時計を比較し、その結果をセーヴルに送ります。BIPM は加重平均を計算します。各時計の重みは安定度に応じて決まり、どれか一台が支配的にならないよう上限が設けられています。そしてその平均の歩みを、一次標準器であるセシウム原子泉の測定値で補正します。こうして得られるのが国際原子時（TAI）で、1958年1月1日から途切れることなく数えられています。

したがって TAI は「紙の時計」です。それを示す文字盤はどこにもなく、計算が終わって初めて分かります。リアルタイムでは、各研究所が UTC(k) と呼ばれる独自の近似を維持しています。ドイツの UTC(PTB)、米国の UTC(NIST)、ポルトガルの UTC(IPQ) などです。BIPM は毎月 Circular T を発行し、それぞれが基準からどれだけずれたかを5日ごとの値で公表します。速報解である UTCr は毎週出されます。最良の研究所は数ナノ秒以内を保っています。

さらにアインシュタインも考慮しなければなりません。重力が弱いところほど時間は速く進みます。高度が1メートル上がるごとに、時計は約10¹⁶分の1だけ進みます。コロラド州ボルダー、標高1600メートルにある時計は、海辺にある同じ時計より測定できるほど速く進むため、TAI への寄与はすべて平均海面の値に補正されます。

UTC：常用時

TAI は地球を無視します。私たちが使っている時刻である UTC（協定世界時）は、地球の自転に合わせるため TAI を整数秒単位で調整したものです。現在の形になったのは1972年1月1日で、当初の差は10秒でしたが、いまは37秒です。この略称は英語（CUT）とフランス語（TUC）の妥協の産物です。GMT はタイムゾーンの名称として生き残っており、その科学的な後継者が、地球の実際の向きから得られる時刻 UT1 です。

そのうえで、各国が UTC からのずれを選びます。タイムゾーンは UTC−12 から UTC+14 まであり、本来なら5つにまたがる中国は1つしか使っていません。すべてが UTC とちょうど何時間という差になっているわけではないため、施行されている地方時は合計で40近くにのぼります。

インドとスリランカは UTC+5:30、イランは UTC+3:30、アフガニスタンは UTC+4:30、ミャンマーは UTC+6:30、オーストラリア中部は UTC+9:30、カナダのニューファンドランドは UTC−3:30 を使っています。45分単位のずれもあります。ネパール（UTC+5:45）とニュージーランドのチャタム諸島（UTC+12:45）です。

理由は3種類あります。地理的な理由：国の中心が2つのタイムゾーンのちょうど中間にある場合、30分のずれが時計を太陽に近づけます。インドは2つのタイムゾーンに分かれる代わりに東経82.5度の子午線を選び、イランはテヘラン近くの子午線に従っています。歴史的な理由：ニューファンドランドは、カナダとは別の自治領だったころからすでに州都の太陽時に従っており、それを維持しました。政治的な理由：ネパールはカトマンズの東にある山の子午線で時刻を定めたため、インドとは15分の差があります。ベネズエラは2007年に時計を30分遅らせ、2016年にその措置を取り消しました。北朝鮮は2015年にソウルより30分遅い「平壌時間」を作り、2018年に廃止しました。

世界のタイムゾーン。すべて UTC を基準に定義されています。画像：CIA World Factbook / Wikimedia Commons（パブリックドメイン）。

すべてのシステムが UTC に従っているわけではありません。GPS 衛星の時刻は1980年に合わせられたきり、うるう秒を一度も入れていません。現在は18秒進んでおり、換算は受信機が行っています。

地球という不完全な時計

長期的には、地球の自転は遅くなっています。月が引き起こす潮汐摩擦が、1日を1世紀あたり約2ミリ秒長くしているのです。短期的には予測がつきません。液体の核、風、海流、氷の融解が質量を再配分し、自転速度を変えます。2011年の日本の地震は1日を1.8マイクロ秒短くしました。

補正をしなければ、数千年後には時計の正午が太陽の南中と一致しなくなってしまいます。

地球、最初の、そして不完全な時計。「The Blue Marble」、1972年にアポロ17号の乗組員が撮影。画像：NASA / Wikimedia Commons（パブリックドメイン）。

自転を見張っているのは、1988年から活動している IERS（International Earth Rotation and Reference Systems Service）です。遠方のクエーサーに向けた電波望遠鏡、衛星や月に向けて発射するレーザー、そして衛星航法ネットワークを用いて、地球の向きを測定しています。現行の規則では、UTC は UT1 から0.9秒以内に保たれなければなりません。限界が近づくと、IERS は6か月前にうるう秒を予告します。6月30日または12月31日の最後の1分が61秒になるのです。これまでに27回実施され、直近は2016年12月31日でした。2026年末には実施されないことがすでに確定しています。

23:59:60 ― うるう秒という稀な瞬間。画像：Wikimedia Commons。

うるう秒の終わり

半年前に予告され、長期的には予測不可能な61秒の1分は、ソフトウェアにとって悪夢です。2012年にはウェブサイトや航空会社のチェックインシステムをダウンさせ、2017年にはインターネット最大級の配信ネットワークのひとつに影響を与えました。大手テクノロジー企業は、余分な1秒を数時間かけて「薄めて」吸収するようになりましたが、やり方は各社ばらばらです。つまりその日には、わずかに異なる複数の時刻が出回ることになります。

そうこうするうちに、地球は誰もの予想を裏切りました。2020年以降、自転が速くなっており、2024年7月には1日が86 400秒より1.66ミリ秒短いという記録が出ています。この傾向が続けば、負のうるう秒、つまり59秒の1分が必要になりますが、これは一度も実施されたことも試験されたこともありません。BIPM は、2035年までにそうなる確率を約30 %と見積もっています。

2022年、CGPM は UT1 と UTC の許容差を2035年までに拡大することを決定しました。その日程がこのたび前倒しされました。2026年10月13日から15日にヴェルサイユで開かれる第28回 CGPM は、最大差を3600秒、すなわち1時間と定め、2027年5月20日から連続した UTC とすることを盛り込んだ提案を採決します。承認されれば、うるう秒は数世紀にわたってなくなり、常用時は初めて地球の動きに縛られなくなります。

次の秒、そして月の時刻

セシウムの後継者はすでに視野に入っています。光時計はストロンチウムやイッテルビウムの原子を用います。これらは可視光の周波数、すなわち数百テラヘルツというセシウムの数万倍の周波数で振動し、時間をはるかに細かく刻みます。最良のものは10¹⁸分の1の不確かさに達しています。宇宙の年齢全体を通じても1秒と狂わず、1センチメートルの高度差にも感応します。同じ10月の総会では秒の再定義に向けたロードマップが議論され、正式な提案は2030年に予定されています。

議題には、月のための基準時系も挙がっています。重力が弱いため、月面の時計は地球上の時計に対して1日あたり約56マイクロ秒進みます。宇宙飛行士にとっては取るに足りませんが、航法システムにとっては決定的な差です。

時刻はどのように手首に届くのか

• 衛星。GPS や Galileo の衛星はそれぞれ原子時計を搭載し、自らの時刻を放送しています。1ナノ秒の誤差は位置にして30センチメートルに相当するため、一般的な受信機でも1マイクロ秒以内に同期されます。

• 長波ラジオ。ドイツの送信局 DCF77（77.5 kHz、フランクフルト近郊）は、半径約2000 km 以内にあるヨーロッパの「電波時計」を合わせており、ポルトガルはその限界に位置しています。英国、米国、日本にも同等の送信局があります。

• インターネット。1985年に生まれたプロトコル NTP は、原子時計に接続されたサーバーを起点に、コンピューターや携帯電話を段階的に同期させます。誤差はミリ秒程度です。

• 光ファイバー。研究所、証券取引所、通信事業者は専用回線を使い、マイクロ秒を下回る精度を得ています。

気づかれないまま、多くのものがこれに依存しています。携帯電話網、電力網、航法。欧州連合では、高頻度取引のプラットフォームは、UTC に対する誤差が最大100マイクロ秒以内のタイムスタンプを各注文に付すことが義務づけられています。

では、ポルトガルでは？

法定時は各国が決めるものですが、その決定は結局のところ、UTC からのずれと時刻切り替えの日付を選ぶことに尽きます。後者はヨーロッパ全体で統一されています。

ポルトガルは世界の時間基準を定めているわけではありません。国際的に確立された UTC に基づいて、自国の法定時を定めているのです。

昔からそうだったわけではありません。1911年末まで、法定時はリスボン天文台（Observatório Astronómico de Lisboa）の子午線に従っており、グリニッジより36分44秒遅れていました。1912年1月1日、国内の時計はその分だけ進められました。夏時間は1916年に導入されます。ポルトガルは1966年から1976年までと1992年から1996年までの二度、中央ヨーロッパ時間に合わせましたが、日の出が9時を過ぎる冬を経験して、二度とも元に戻しました。1996年以降、本土とマデイラは冬に UTC、夏に UTC+1 を使い、アゾレスはそれより1時間遅れです。切り替えは3月の最終日曜日と10月の最終日曜日に行われ、これを廃止しようという2018年の欧州の提案は棚上げされたままです。

時の番人のいない国

各国が行うのは、時刻を実現し、維持し、配信することです。ポルトガルでは1878年以来、この任務は Observatório Astronómico de Lisboa が担ってきました。法律が同天文台に法定時の業務を委ね、そのもとに常設時刻委員会（Comissão Permanente da Hora）が置かれていました。天文台は1980年代に最初の原子時計を受け入れ、2001年に設備を更新しています。

破綻したのは技術ではなく、組織でした。2013年、リスボンの2つの大学の統合に伴い、天文台は文化遺産を本分とする国立自然史科学博物館（Museu Nacional de História Natural e da Ciência）の管轄に移ります。時刻業務は担い手を失い、理学部（Faculdade de Ciências）の職員によってどうにか維持されてきました。2022年には、これをポルトガル品質院（Instituto Português da Qualidade、IPQ）に移管する政令法が発表され、その手続きには2つの省と国家安全保障局（Gabinete Nacional de Segurança）が関わっていました。それが公布されたという知らせはありません。

逆説的なのは、能力は存在するということです。カパリカにある IPQ の時間周波数研究所（Laboratório de Tempo e Frequência）は、TAI に寄与する3台のセシウム時計で国の原子時系 UTC(IPQ) を実現しています。ポルトガルが BIPM の計算に名を連ねているのは、これによるものです。欠けているのは、それを「法定時」とする法的な権限と、それを配信する義務です。その結果、現在この任務を正式に割り当てられた機関はひとつもなく、リスクは具体的です。

• 法的安定性。裁判上・行政上の期限、公共入札、競売、電子契約は秒単位で締め切られます。紛争になったとき、法律が基準として指定する時計は存在しません。

• タイムスタンプ。欧州の規則は、適格タイムスタンプが BIPM の認める UTC(k) にトレーサブルであり、誤差が最大1秒以内であることを求めています。実際には、それが指すのは IPQ か外国の研究所であって、「法定時」ではありません。

• 責任者のいないサービス。いまも天文台のサーバーでシステムの時刻を合わせている人々は、誰にも維持の義務がないサービスに依存していることになります。2023年6月には、天文台のオンライン時計が8分のずれを示したことがあり、この件が報道された後に修正されました。

• 衛星への依存。指定された国内の時刻源がないため、通信網、電力網、銀行網は、自国が管理しておらず、信号が妨害や偽装を受けうる航法システムに合わせています。

時計師にとっての意味

ある時計が1日に4秒進むと言うことは、それを何かと比べるということです。作業台の歩度測定器は、時計を水晶発振器と比べます。その水晶はより優れた基準に対して校正されており、その連鎖は必ず UTC に行き着きます。下の表の時計はどれも同じこと、つまり振動を数えるということをしています。そして時計づくりの歴史は、その大部分が、より速くより安定した振動子の探求なのです。

振動子	周波数	典型的な誤差
ホイヘンスの振り子（1656年）	約 1 Hz	1日に約15秒
認定クロノメーターのてん輪	4 Hz	1日に −4～+6 秒
腕時計の水晶	32 768 Hz	1か月に約15秒
セシウム原子泉	9 192 631 770 Hz	1億年以上で1秒
ストロンチウム光時計	約 429 THz	150億年以上で1秒

1950年代の Benrus 製腕時計（キャリバー ETA 1280）のてん輪とひげぜんまい。原子時計と同じ原理、すなわち規則正しい振動子が、まったく異なるスケールで働いています。画像：Chetvorno / Wikimedia Commons（パブリックドメイン）。

結局のところ、世界の時刻は特定の誰かが決めているのではありません。それを測り、その結果を分かち合うことに同意するすべての人によって決められているのです。

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