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“北京时间”来自西安 “时间雕刻者”讲述背后的故事
“嘀嗒”一下,一秒钟就过去了。在这一秒里,地球绕太阳转了30公里;飞船飞出去将近8公里;世界上大约有4个宝宝出生;蜂鸟振翅55次……时间和每个人的生活密切相关。最近,话题#北京时间是在西安产生的#成为网络热门话题,截至记者发稿时,该话题的微博阅读量已达到9602万。1月5日,三秦都市报全媒体记者走进位于临潼区的中国科学院国家授时中心,听科学家讲述“北京时间”背后的故事。

“北京时间”不是北京的时间
 “全世界采用区时制,按照地理经度把全球划分为24个时区,每个时区以其中央经线所在的地方时作为该时区的标准时间。”中国科学院国家授时中心主任张首刚介绍,我国幅员辽阔,横跨5个时区,为了统一管理以及方便人们的日常生活,需要定义一个全国通用的标准时间。1949年,新中国成立筹备过程中,第一届中国人民政治协商会议确定,新中国的标准时间是首都北京所在的东八区区时,即东经120度经线所在的地方时。“因此,‘北京时间’就有了明确定义。世界上大多数国家都以首都所在时区的区时作为整个国家的标准时间。”


  “事实上,北京当地时间,与‘北京时间’有一定的差异。”张首刚解释,在北京,太阳在人们头顶正上方的时间不是中午12时,而是12:15左右。这是因为北京的地理经度为东经116°21′,并不是东经120度,经度每差一度,时间就差4分钟。同理“北京时间”的产生地西安,地方时比“北京时间”晚了大约44分钟。全国省会城市的地方时与“北京时间”最为接近的是杭州。


  “北京时间”为什么产自西安


  既然杭州的地方时与“北京时间”最接近,为什么授时中心的产生地不在杭州而是西安?张首刚透露:“上世纪60年代中期,需要在我国建设一个能够有效覆盖全国国土的授时发播台,西安正好位于国家内陆中心。”


  1966年,根据大规模经济建设和战备任务要求,经国家科委批准,中国科学院在陕西蒲城筹建陕西天文台,主要任务是研制建设一个完整的短波授时台并为全国提供授时服务。上世纪70年代初,根据国防和空间科学对高精度时间频率的需求,经国家批准建设长波授时台。上世纪70年代末,BPM短波台建成并投入使用,同时,陕西天文台地方原子时建立运行,小功率长波试验台建成试播,满足了当时国家重大任务急需。


  1980年,陕西天文台本部迁至临潼。2001年3月,陕西天文台更名为中国科学院国家授时中心。是目前全国唯一专门全面从事时间频率研究和应用的科研机构。


  我们是怎么知道时间的?


  在国家授时中心办公楼的地下一层,有“北京时间”产生的核心设备——原子钟和世界时测量系统。张首刚给记者举了个例子,我们看到太阳东升西落是因为地球在自转。将其看作一面大钟,天空的恒星就是钟面上的刻度,天文学家使用的望远镜或者其它观星仪器好比钟面上的指针。当望远镜对准某颗恒星时,我们就知道了它指示的准确时刻,这种方法测定的时间叫作“世界时”。一秒是一天的1/86400。(24小时乘以60分乘以60秒)。


  随着量子力学的发展,实验发现,一些分子和原子内部的量子跃迁能够产生周期非常稳定的信号,非常适合时间测量,于是人们就开始研制原子钟。“北京时间”就是由一套几十台守时原子钟实时比对测量共同产生的。


  原子钟提供原子时,十分稳定,但是它没有确切的时刻含义。而世界时则对应着太阳在天空中的特定位置,反映着地球在空间旋转时地轴的方位变化,与人们日常生活密切相关。1958年1月1日0时,人们把 “原子时”和“世界时”对准,同时开始运行。


  随着时间的推移,潮汐作用的影响,地球自转变慢,两者差异越来越大。为了解决这一问题,人们引入另外一种非常重要的时间尺度,叫“协调世界时”,利用原子时的均匀性,采用原子时的“秒长”,而在“时刻”上尽量靠近世界时。1972年,协调世界时正式成为了国际标准时间。


  张首刚说,国际标准时间不是一个实际的物理信号,是事后发布的一个纸面数据。我们需要的是真正能实时应用的实际物理信号。所以北京时间应该是国际标准时间在中国的一个具体实现,是中国版的协调世界时。


  “北京时间”如何发播给大家


  在国家授时中心时间科学馆门口的墙上,左右各悬挂了16面钟表。它们能够接收长波信号进行自主校对,因此,任何时候这些表与北京时间相比,误差不超过0.1毫秒。


  怎么能够把时间信号发送给不同地方用户呢?这就涉及到授时。在古代,通过晨钟暮鼓进行报时,就是授时的一种方式。现代授时手段则是利用包括电话、网络、光纤、无线电短波、无线电长波、无线电低频时码、卫星等有线和无线的传播技术发播标准时间,满足不同应用需求。


  上世纪80年代初,在陕西蒲城建成的长波授时系统,授时精度达到微秒,即百万分之一秒量级,比短波授时精度提高了1000倍。从此,我国授时工作进入世界先进行列。本世纪初,在河南商丘建设了另一种信号体制的长波授时台,叫低频时码授时台,授时信号有效覆盖范围大约1000公里。


  另外,国家授时中心还建立了基于通信卫星的授时系统,我国北斗全球卫星导航系统也于2020年7月份正式开通服务,这些都是我国授时发播的重要技术手段,授时精度在10纳秒量级。


  如今,时间频率研究水平和服务能力成为一个国家核心竞争力的重要体现。对此,张首刚自豪地说:“我国标准时间的中、长期稳定度在全球稳居世界前三位,与国际标准时间偏差优于± 5纳秒,性能世界一流,对国际标准时间产生发挥着重要影响。”


  时间未来还能多精准?


  电波表可以戴上手腕,炒股做期货通过网络校时,移动终端随时通过APP就能获取标准时间,机场、高铁、地铁的时刻表显示系统……昔日遥不可及的原子时间,正在走进寻常百姓家。


  以我们熟悉的卫星导航为例。卫星导航系统其实是一个基于测量时间差的测距定位系统,用户的位置和速度信息是通过测量时间获得的,时间信息的生成与保持,时间频率信号的测量是卫星导航系统最重要的技术基础之一。1微秒的时间测量误差,就会导致导航出现300米的测距误差。


  未来,中国将建成世界上独一无二、立体交叉授时系统——这套系统主要由北斗卫星导航系统、空间站时间频率实验系统、地基长波授时系统和地基光纤授时系统四部分组成。它们星地结合,相互融合、相互增强、相互冗余,是统一溯源的有机整体。对我们普通民众来说,数字通信将会更快,无人驾驶将会更安全。
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