UTC・協定世界時

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協定世界時（きょうていせかいじ、UTC、英語: Coordinated Universal Time、フランス語: Temps Universel Coordonné[1][注釈 1]）は、国際原子時 (TAI) に由来する原子時系の時刻で、その名の通りに世界時の UT1（したがって地球の自転）に歩調を合わせるように調整された基準時刻を指す[2]。[注釈 2]

協定世界時 (UTC) は、国際度量衡局 (BIPM) が国際地球回転・基準系事業 (IERS) の支援をうけて維持する時刻系であり、協定された標準周波数と報時信号発射の基礎になっている。協定世界時 (UTC) はSI秒に基づく国際原子時 (TAI) とまったく同じ歩度（秒の間隔）に対応するが、整数秒だけ異なっている。また、協定世界時 (UTC) は世界時の UT1 に近似的に一致することを保証するために、秒を挿入または除去する閏秒調整を行っている[3][4]。UT1 と UTC の差は、国際地球回転・基準系事業 (IERS) のWebサイト[5]で見ることができる[6][7]。

現在、世界各地の標準時は協定世界時 (UTC) を基準として決めている。例えば、日本標準時 (JST) は協定世界時より9時間進んでおり、「+0900 (JST)」のように表示する。

 

略称

協定世界時の略称はUTCである[1]。

国際電気通信連合 (ITU) は、協定世界時の略称を1つだけにしようと考えていた。協定世界時を頭字語で表すと、英語では coordinated universal time[1] なので“CUT”、フランス語では temps universel coordonné[1] なので“TUC”、イタリア語では tempo coordinato universale[1] なので“TCU”となり、言語によって表記が異なって不便だからである[8]。“UTC”でも世界時 (UT) の変形という意味合いを表すことができ、また既にあるUT0、UT1などとも整合がとれる。

略称から逆成される形で、英: "Universal Time, Coordinated", 仏: "universel temps coordonné" などのような展開がなされることもあるが、これらはあくまでも非公式な呼称である[9]。

 

国際原子時との関係

詳細は「国際原子時」を参照

1972年以降の協定世界時 (UTC) は国際原子時 (TAI) とまったく同じ歩度（秒の間隔）に対応し、UTC と TAI との差が整数秒となるように維持されている[10][11]。

この国際原子時 (TAI) は、1970年に国際度量衡委員会 (CIPM) が「国際単位系 (SI) における時間の単位である秒の定義に従って、いくつかの機関で運転されている原子時計の指示値に基づいて国際報時局 (BIH) が定める基準となる時刻の座標」と定義しており[12]、1988年からは国際報時局 (BIH) に代わって国際度量衡局 (BIPM) が管理している[13][14]。国際原子時 (TAI) は世界時の一種である UT2 の1958年1月1日0時0分0秒を起点として時刻を決めている[注釈 3][15]。

協定世界時 (UTC) の各国における現示は、時に関する国立研究所が実施しており、これらの研究所は国際度量衡局 (BIPM) への原子時計データを送信することにより、国際的な時刻目盛の算出に参加している[2]。

世界時および調整

詳細は「閏秒」および「地球の自転」を参照

1972年以降の協定世界時 (UTC) は、国際原子時 (TAI) との差を整数秒に維持しながら、世界時の UT1 に近似的に一致することを保証するために、秒を挿入または除去する閏秒調整を導入している[10][11][4]。

この世界時の UT1 は、各国の天文台から集められた地球の自転の観測データをもとに国際地球回転・基準系事業 (IERS) が決定する[16][17]。世界時の基準となる地球の自転周期は、種々の要因によりミリ秒単位の不規則な変動があり、かつ10年のオーダーで長くなったり短くなったりしている。

協定世界時 (UTC) は世界中の法的な時刻の基礎であり、UTC と UT1 との差が0.9秒（1975年改訂）を超えないように、閏秒として1秒が挿入または除去される[18][4]。この閏秒調整は、国際地球回転観測事業 (IERS) の中央局が ΔUT1 (UT1-UTC) の予測値に基づいて決定する[16][17]。2012年7月1日現在、UTCはTAIから正確に35秒だけ遅れている。

旧協定世界時の調整

詳細は「#旧協定世界時」を参照

1971年まで使われていた旧協定世界時 (UTC) は、歩度（秒間隔）をできるだけ変更せずに、世界時の UT2 に近似的に一致することを保証するために、歩度を世界時の UT2 に近似させる周波数オフセット（50 × n × 10-10、n は整数）を1年間一定とし、世界時の UT2 と 0.1 秒以上の差を生じたときは月の1日0時UTに 0.1 秒のステップ調整が行われた。オフセット及び秒信号の修正の量と時期は国際報時局（BIH、現IERS）が関係天文台と協議の上で決定していた[19][20]。

旧協定世界時 (UTC) では、公認されたセシウム原子の振動数を F_0 とすると、周波数や秒間隔は F=F_0\times(1+s) で決定することとし、その F を1年間固定していた。この式の s をオフセット値という[21][20]。

標準電波で発射される報時信号は搬送波の位相と同期しなければならないことになっており[22][20]（CCIR勧告460[23]）、また周波数は時間の逆数であらわされるので、周波数オフセットは時間（周波数）を時刻の方に合わせるための手段となる。周波数を基準値から故意にずらすことで、これを積算した時刻信号の歩度が世界時の UT2 の歩度に近似するようにしてた[24]。

また、世界時の UT2 は UT1 の既知の季節変動を補正して平滑化したものであるが、地球の自転の角速度は不規則に変動するので、歩度を1年間一定にする旧協定世界時 (UTC) は世界時の UT2 と差が生じる。このため世界時の UT2 との差は月初めに0.1秒の単位でステップ調整していた[19][20]。

歴史

旧協定世界時

旧協定世界時は、標準電波の報時信号を同期する国際協定に基づいて、1960年頃から試験的に運用が始まり、1961年1月1日から制度を開始し、1964年1月1日から正式に採用されて、1971年末まで使われた[25][22][26]。

1950年代にセシウム原子時計が実用化され、標準電波は周波数については原子周波数標準器を基準とし、時刻については地球の自転に基づく世界時の UT2 を基準とする報時信号が発射されていた[27]。しかし報時信号は各国の報時機関がそれぞれ独立に発射しており相互に無関係であった[28]。一方、人工衛星の国際観測が盛んとなり、これらの全世界データを整約するために、国際的に統一した方法で UT2 の時刻を利用できることが強く望まれるようになる。こうした背景から、1959年にアメリカ合衆国とイギリスが中心となって、標準電波の周波数や報時信号の同期に関する打ち合わせが行われ、報時信号については ±1 ms、標準周波数については ±1×10-10 を目標として同期することとされた[25]。

旧協定世界時の周波数オフセットとステップ調整[29][30]
年月日オフセット値 (×10-10)ステップ調整 (s)
1960 -150 なし
1961-01-01 -150 なし
1961-08-01 -150 +0.050
1962-01-01 -130 なし
1963-01-01 -130 なし
1963-11-01 -130 -0.100
1964-01-01 -150 なし
1964-04-01 -150 -0.100
1964-09-01 -150 -0.100
1965-01-01 -150 -0.100
1965-03-01 -150 -0.100
1965-07-01 -150 -0.100
1965-09-01 -150 -0.100
1966-01-01 -300 なし
1967-01-01 -300 なし
1968-01-01 -300 なし
1968-02-01 -300 +0.100
1969-01-01 -300 なし
1970-01-01 -300 なし
1971-01-01 -300 なし

そして、1960年の国際電波科学連合 (URSI) 第13回総会や1961年にバークレーで開催された国際天文学連合 (IAU) 第11回総会では、報時信号の国際同期に関する問題が討議され具体化された。この際、セシウム原子振動標準の周波数 (9192621770 Hz) が公認されている[31][32]。

天測航法・測地・人工衛星観測などには地球の自転に基づく世界時が必要である一方で、物理学者などには時間単位だけが必要で世界時はこの意味では不適当である。この二つの要求をみたすため、標準電波の周波数は原子時に基づき、時刻は世界時に基づくものとすることになった。この報時方式では、公認されたセシウム原子の振動数を F_0 とすると、周波数や秒間隔は F=F_0\times(1+s) で決定することとし、その F を1年間固定することになる。この式の s をオフセット値といい、例えば1960年は -150×10^−10 であった。この報時方式では標準時計の歩度が1年間固定される一方で地球の自転の角速度は不規則に変動するので、報時される時刻は世界時とは差が生じる。このため世界時との差は月初めに 50 ms （URSI の決定）の単位でステップ調整することになった。なお、周波数オフセットは国際天文学連合 (IAU) が毎年決定することが採択された[33][32]。

この報時方式は、1960年頃からアメリカ合衆国とイギリスの両者で試験的に始め、日本、フランス、スイス、カナダなどの数ヶ国が順次参加した[22]。これらの国々は相談の上、国際無線通信諮問委員会（CCIR、現ITU-R）や国際天文学連合 (IAU) による正式な採択を待たずに実施しており、日本では郵政省電波研究所（RRL、現NICT）のJJYで1961年9月から実施した[34][35]。

その後、1963年にジュネーブで開催された国際無線通信諮問委員会（CCIR、現ITU-R）第10回総会の決議[27]を経て、1964年にハンブルクで開催された国際天文学連合 (IAU) 第12回総会において、報時は世界時に近似するように1年間一定の周波数オフセット（50 × n × 10-10、n は整数）とし、世界時と 0.1 秒以上の差を生じたときは月の1日0時UTに 0.1 秒のステップ調整をおこない、オフセット及び秒信号の修正の量と時期は国際報時局（BIH、現IERS）が関係天文台と協議の上で決定して、報時信号を国際的に同期する旧協定世界時 (UTC) 方式が勧告された[19][20]。多くの国にとって、この勧告を実施するには相等の設備と研究が必要なことから、非常に激しい議論が行われた末に、ようやく可決された[35]。

しかし、旧協定世界時 (UTC) の報時方式が完全に国際的同一歩調で行われた訳ではなかった。原子周波数標準器を保有していない国々では、UTC を保時することが不可能である。また、西ドイツは独特の形式での報時を継続しており、ソビエト連邦ではステップ調整を 0.05 秒の幅で実施していた。

1967年にプラハで開催された国際天文学連合 (IAU) 第13回総会で協定世界時 (UTC) について議論が行われた。そこでは方式の変更をもとめる意見もあったが、利用者がようやく習熟した方式をみだりに変更すべきでないことや、殊にソビエト連邦の代表が 0.1 秒のステップ調整ならば同調してもよいとの言明もあり、当時すでに実施していた方式を続けることに落ち着いた[36][37]。

協定世界時の改善

1967年／1968年の第13回国際度量衡総会 (CGPM) でセシウム原子周波数標準に基づく現在のSI秒の定義が採択されると[38]、物理学や計測の関係者を中心に旧協定世界時 (UTC) の周波数オフセットを廃止すべきとの意見が多くなる[24]。

旧協定世界時 (UTC) は運用が煩雑で1秒の刻みも一様でないなどの不都合から、1970年にブライトンで開催された国際天文学連合 (IAU) 第14回総会で、旧協定世界時の大幅な改善策が決議され、周波数オフセットの廃止、閏秒の導入、協定世界時 (UTC) と国際原子時 (TAI) との差 (TAI-UTC) を整数秒とすること、少なくとも 0.1 秒の精度で世界時の UT1 を求めることができる情報（標準電波のDUT1）を報時信号に含めることなどが勧告される[10][11]。

1971年の国際無線通信諮問委員会（CCIR、現ITU-R）の中間会議で、細部の具体策を含めて現行の協定世界時 (UTC) が決定され、TAI-UTC を整数にする特別調整を含めて1972年1月1日0時0分0秒UTC（1972年1月1日0時0分10秒TAI）から実施された。これにより協定世界時 (UTC) に閏秒が導入され、閏秒調整日は1月1日または7月1日で、協定世界時 (UTC) は世界時の UT1 との差が 0.7 秒を超えないように国際報時局（BIH、現IERS）で調整・管理される。これ以後は、世界時 (UT0, UT1, UT2)、暦表時 (ET)、国際原子時 (TAI) が協定世界時 (UTC) を仲介して結ばれる[39]。

なお、旧協定世界時では UT2 を基準にステップ調整を実施していたのに、閏秒調整では基準を UT1 に乗り換えたのは、UT1 が地球の自転角度そのものを示すのに対して、UT2 は単にこれを平滑化したものなので、測地や天測航法には UT1 の方がより直接的に利用できるからである[40]。

また、国際無線通信諮問委員会（CCIR、現ITU-R）が決議した標準電波の時刻の基準は、旧協定世界時までは UTC ではなく UT2 が基準であったが、現行の協定世界時が採択されたときに UT1 や UT2 ではなく UTC を基準とするように変更された[27]。

1973年にシドニーで開催された国際天文学連合 (IAU) 第15回総会で、協定世界時の管理規則改訂が決議され、UT1-UTC の許容差が ±0.7 秒以内から、±0.950 秒（DUT1の最大値を0.9秒にとどめるため）に拡大すること、また、閏秒の実施時期を追加することが勧告された[41][18]。その後、1974年3月に開催された国際無線通信諮問委員会（CCIR、現ITU-R）の会議で協定世界時 (UTC) の運用規則（CCIR勧告460[3]、現 ITU-R勧告TF.460[4]）が改訂され、UTC-UT1 の絶対値の許容限界を 0.9 秒以内に広げること、また、時刻調整（うるう秒）の実施予定日を従来の協定世界時 (UTC) の6月末および12月末を第一優先とし、さらに3月末および9月末を第二優先として加えることにし、1975年1月1日より、この改訂を実施することになった[42]。

協定世界時に基づく標準時の推奨

1973年にシドニーで開催された国際天文学連合 (IAU) 第15回総会において、第4委員会（暦）と第31委員会（時）の共同決議第1号（1973年8月採択25）で、SI秒に基づく単一の世界的に協調された時計の時間が望まれること、協定世界時 (UTC) からSI秒に基づく国際原子時 (TAI) を得ることが一般的に可能であること、および、UTC（標準電波）が航法や測量で必要とされる精度の平均太陽時を直接的に提供することを考慮し、すべての国の標準時の通報のための基礎として、UTC を採用することが勧告された[18]。

さらに、1975年の第15回国際度量衡総会では、「協定世界時」(UTC) と称される時系が、極めて広く使用されていること、その時系が多くの場合、報時発信局によって放送されていること、かつ、その放送が利用者に対して、同時に標準周波数、国際原子時及び近似的な一つの世界時（又は平均太陽時としてもよい）を提供していることを考慮し、この協定世界時が、多くの国で法定常用時の基礎となっていることを確認し、この使用が十分に推奨に値するものであると評価することが決議された[43][44]。

IERSの設立と国際度量衡局への移管

1985年にデリーで開催された国際天文学連合 (IAU) 第19回総会において、それまで協定世界時 (UTC) を管理してきた国際報時局 (BIH) を廃止して、国際地球回転観測事業（IERS、現国際地球回転・基準系事業）を1988年1月から発足させることになる。そして、国際報時局 (BIH) が管理していた国際原子時 (TAI) を国際度量衡局 (BIPM) に移管すること認め、新組織の国際地球回転観測事業 (IERS) の中央局が世界各地の観測値をもとに、ΔUT1 (UT1-UTC) や極運動を決め、閏秒の決定も行うことになった[16][17]。

そして、1988年からは、国際報時局 (BIH) が行っていた、国際原子時 (TAI) や協定世界時 (UTC) などの原子時計や標準周波数に関する業務は国際度量衡局 (BIPM) が責任を持つことになり、国際度量衡局 (BIPM) が世界各国の関係機関が管理する原子時計のデータから、国際原子時 (TAI) や協定世界時 (UTC) を決定し維持管理するようになる[13][14]。

同義語

歴史的な理由から、協定世界時 (UTC) には特定の分野で同義語として扱われる用語がいくつかある。

用語“G.M.T.”および“Z”は、航法や通信の分野で UTC と同義語として認められる[10][11]。 通信の分野では“UTC”を示すのに「Z時」や“ZULU time”が使われることがある（通話表で文字 Z に使用する語は Zulu）。これは本初子午線を中心とする標準時間帯を文字 Z で表すことに由来する[45]。

また、GMT と世界時 (UT) は時刻の最大精度が整数秒である法令、通信、民生用その他の目的では UTC の意味で使用される。ただし、GMT は適切な名称（UTC または UT）で置き換えられる[46][47]。

注釈

  1. ^ 本来は「調整された世界時」という意味だが、多くの国で法定常用時の基礎になっていることから、日本語では協定と意訳している。
  2. ^ 国際原子時 (TAI) に調整を加えて作られた世界時であり、国際協定に基づき人為的に維持されている時刻系である。
  3. ^ なお、SI秒は「セシウム133の原子の基底状態の2つの超微細準位の間の遷移に対応する放射の周期の9192631770倍に等しい時間」と定義されている。1967年の国際度量衡総会でこのSI秒の定義が決議された

脚注

  1. ^ a b c d e ITU-R 2013, p. 5.
  2. ^ a b BIPM 2014.
  3. ^ a b 電波研究所 1983, p. 310.
  4. ^ a b c d ITU-R 2002, p. 3.
  5. ^ IERS (2013年5月21日). “Earth orientation data (html)” (英語). IERS Data / Products. ドイツ連邦地図測地庁 (Federal Agency for Cartography and Geodesy). 2014年1月5日閲覧。このページにリンクがあるPlotsのグラフ
  6. ^ IERS (2013年5月21日). “Plots: EOP 08 C04 (IAU2000) one file (html)” (英語). Earth orientation data. ドイツ連邦地図測地庁 (Federal Agency for Cartography and Geodesy). 2014年1月5日閲覧。二段目左のUT1-UTCのグラフで、1972年以後で不連続になっている箇所が閏秒の挿入である。
  7. ^ IERS (2013年5月21日). “Plots: FINALS.DATA (IAU2000) (html)” (英語). Earth orientation data. ドイツ連邦地図測地庁 (Federal Agency for Cartography and Geodesy). 2014年1月5日閲覧。二段目左のUT1-UTCグラフが最近の確定値と予測値。赤線が確定値、青線が予測値
  8. ^ (英語) Frequently asked questions (FAQ), National Institute of Standards and Technology, (2010-02-03), http://www.nist.gov/pml/div688/utcnist.cfm#cut 2012年5月10日閲覧。 
  9. ^ BelleSerene (2009-05-27) (英語), French time: "heure légale", http://www.ybw.com/forums/archive/index.php/t-202760.html 2012年5月10日閲覧。 
  10. ^ a b c d 弓滋 1970, p. 284.
  11. ^ a b c d IAU 1970, p. 20.
  12. ^ BIPM 2006, pp. 68, 付録1.
  13. ^ a b 新美幸夫 1997, pp. 478-479, §6.
  14. ^ a b BIPM 1987.
  15. ^ BIPM 2006, pp. 23,65-66, §2.1.1.3、付録1.
  16. ^ a b c 古在由秀 1986, pp. 71-72.
  17. ^ a b c IAU 1985, pp. 3-7.
  18. ^ a b c IAU 1973, p. 20.
  19. ^ a b c 虎尾正久 1965, pp. 4-6, §8.
  20. ^ a b c d e IAU 1964, pp. 16-17.
  21. ^ 虎尾正久 1965, pp. 4-5, §8.
  22. ^ a b c 虎尾正久 1965, p. 5.
  23. ^ 電波研究所 1983, p. 309.
  24. ^ a b 安田嘉之 1983, p. 6.
  25. ^ a b 飯島重孝 1971a, pp. 54-55, §2.
  26. ^ 新美幸夫 1997, p. 478, §5.
  27. ^ a b c 安田嘉之 1983, p. 5, 第1表.
  28. ^ 虎尾正久「原子時と原子時計(<小特集>計測・制御)」、『日本機械学會誌』第72巻第607号、日本機械学会、東京都、1969年8月5日、 1093頁、 ISSN 0021-4728、 NAID 110002467594、 NCID AN00187394、2014年2月2日閲覧。オープンアクセス
  29. ^ 飯島重孝 1971a, p. 58, 表1.
  30. ^ 安田嘉之 1983, p. 6, 第2表.
  31. ^ 飯島重孝 1971a, p. 54-55, §2,§3.
  32. ^ a b IAU 1961, p. 33.
  33. ^ 宮地政司「IAU総会だより（6）　位置天文学関係の諸分科会 (PDF) 」 、『天文月報』第55巻第1号、日本天文学会、東京都三鷹市、1961年12月、 21-22頁、 ISSN 0374-2466、 NCID AN00154555、NDLJP:3304463、2014年1月19日閲覧。
  34. ^ 飯島重孝「雑報－0.1秒の報時信号調整 (PDF) 」 、『天文月報』第55巻第1号、日本天文学会、東京都三鷹市、1963年12月、 8-9頁、 ISSN 0374-2466、 NCID AN00154555、NDLJP:3304490、2014年1月26日閲覧。
  35. ^ a b 虎尾正久 1964, p. 256.
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  38. ^ BIPM 2006, pp. 65-66, 付録1.
  39. ^ 飯島重孝 1971b, pp. 324–325, §4,§5.
  40. ^ 飯島重孝 1971b, p. 325, §4.
  41. ^ 飯島重孝「IAU第15回総会に出席して」、『日本時計学会誌』第68号、日本時計学会、東京都、1973年12月25日、 57-60頁、 ISSN 0029-0416、 NAID 110002777404、 NCID AN00195723、2014年1月26日閲覧。オープンアクセス
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  43. ^ BIPM 2006, p. 70, 付録1.
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  46. ^ 飯島重孝「IAU第16回総会に出席して」、『日本時計学会誌』第80号、日本時計学会、東京都、1977年3月15日、 51-58頁、 ISSN 0029-0416、 NAID 110002777551、 NCID AN00195723、2014年1月26日閲覧。オープンアクセス
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参考文献

関連項目
 
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