“現(xiàn)在是北京時(shí)間X點(diǎn)整?！边@樣的聲音我們經(jīng)常聽到，同時(shí)也是我們十分熟悉的一個(gè)概念。那么，北京時(shí)間是怎么來的，又是從哪里發(fā)出的呢？記者前往國家授時(shí)中心進(jìn)行采訪，為您揭開有關(guān)時(shí)間的秘密。
協(xié)調(diào)世界時(shí)是全球的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間
在了解北京時(shí)間前，我們先來了解一下國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間稱為協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC），是一種“世界時(shí)”和“原子時(shí)”折中后的計(jì)時(shí)體系。
中國科學(xué)院國家授時(shí)中心黨委書記竇忠介紹，世界時(shí)是以地球自轉(zhuǎn)周期為基準(zhǔn)得到的時(shí)間尺度，定義為英國格林尼治天文臺(tái)所在的零子午線上看到太陽周日視運(yùn)動(dòng)得到的時(shí)間，將子夜時(shí)刻作為世界時(shí)時(shí)刻的0時(shí)，1秒的定義是地球自轉(zhuǎn)周期的1/86400。
原子時(shí)是以原子內(nèi)部電磁震蕩頻率為基準(zhǔn)的時(shí)間尺度?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，銫133原子的外層電子在兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間進(jìn)行量子躍遷（電子從原子的一個(gè)軌道跳到另一個(gè)軌道的不連續(xù)的過程）時(shí)，躍遷輻射頻率為9192631770赫茲，定義這種輻射信號(hào)持續(xù)9192631770個(gè)周期的時(shí)間為1秒。根據(jù)這種原理可以制造高穩(wěn)定的原子鐘，原子時(shí)具有均勻、穩(wěn)定的時(shí)間間隔。
世界時(shí)的時(shí)間反映了地球的自轉(zhuǎn)。但是，由于地球自轉(zhuǎn)是不穩(wěn)定的，根據(jù)地球自轉(zhuǎn)制定的世界時(shí)就會(huì)有誤差。因此，科學(xué)家創(chuàng)造出一種兼有原子時(shí)和世界時(shí)這兩種時(shí)間尺度優(yōu)點(diǎn)的時(shí)間尺度——協(xié)調(diào)世界時(shí)。簡單來說，科學(xué)家的做法是調(diào)整原子時(shí)，使其時(shí)刻與世界時(shí)保持一致。也就是說，既然“地球鐘”不能隨意撥動(dòng)，只好撥動(dòng)原子鐘，讓它盡量接近地球鐘，這種調(diào)整就是“閏秒”。這種時(shí)間尺度實(shí)際是原子時(shí)秒長與世界時(shí)時(shí)刻相互協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，因此稱之為協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）。協(xié)調(diào)世界時(shí)事實(shí)上成為全世界真正使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。
我國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為什么叫北京時(shí)間
我國幅員遼闊，從西到東橫跨東五、東六、東七、東八、東九五個(gè)時(shí)區(qū)，新中國成立后，全國統(tǒng)一采用首都北京所在東八區(qū)的區(qū)時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱為北京時(shí)間，比國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間早8個(gè)小時(shí)。
世界上的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC），所有的時(shí)間都要和它對(duì)準(zhǔn)。協(xié)調(diào)世界時(shí)由設(shè)在法國巴黎的國際權(quán)度局（BIPM）負(fù)責(zé)計(jì)算產(chǎn)生。每個(gè)月的1日，國際權(quán)度局開始收集上個(gè)月全世界的原子鐘數(shù)據(jù)，對(duì)全世界的原子鐘進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算出國際原子時(shí)，加上閏秒調(diào)整以后就得到上個(gè)月全球的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。協(xié)調(diào)世界時(shí)一般在當(dāng)月15日左右發(fā)布，只是一個(gè)紙面的時(shí)間，只能解決事后對(duì)表的問題，不能直接使用，所以，各個(gè)國家都需建立自己的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，建立的時(shí)間與協(xié)調(diào)世界時(shí)的偏差需要控制在100納秒以內(nèi)。我們國家的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與協(xié)調(diào)世界時(shí)的偏差已經(jīng)控制在10納秒以內(nèi)。
為什么會(huì)出現(xiàn)閏秒現(xiàn)象
“閏秒，讓地球所用的時(shí)間等一下地球自轉(zhuǎn)的腳步，一般情況下2～3年會(huì)差一秒。”竇忠說，世界時(shí)是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，但是，地球自轉(zhuǎn)速率因諸多因素影響是不均勻的，亦即，一年之中它的秒長是不斷變化的，而原子時(shí)的秒長是均勻的。我們實(shí)際使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是協(xié)調(diào)世界時(shí)，它采用原子時(shí)的秒長，而在時(shí)刻上盡量靠近世界時(shí)，當(dāng)協(xié)調(diào)世界時(shí)與原子時(shí)的偏差預(yù)測(cè)超過0.9秒時(shí)，給予協(xié)調(diào)世界時(shí)一個(gè)整秒的調(diào)整，這就是閏秒。
閏秒一般在格林尼治時(shí)間12月或者6月的最后1秒實(shí)施。由于北京時(shí)間比格林尼治時(shí)間提早8小時(shí)，因此中國時(shí)鐘在1月1日或7月1日早上8時(shí)實(shí)施閏秒。
北京時(shí)間為什么在西安產(chǎn)生
北京時(shí)間實(shí)際上是東經(jīng)120°經(jīng)線上太陽周日視運(yùn)動(dòng)的時(shí)間（科學(xué)地講，叫地方平太陽時(shí)），而不是北京的地方平太陽時(shí)。北京的地理經(jīng)度為東經(jīng)116°21`，因此嚴(yán)格說北京時(shí)間與北京地方平太陽時(shí)相差約14.5分。盡管北京時(shí)間是采用北京所在的時(shí)區(qū)的時(shí)間，但實(shí)際上是由位于西安市臨潼區(qū)的中國科學(xué)院國家授時(shí)中心產(chǎn)生、保持的。
既然是北京時(shí)間，那么為什么會(huì)由位于西安的國家授時(shí)中心產(chǎn)生呢？竇忠介紹說，國家授時(shí)中心產(chǎn)生和保持的地方協(xié)調(diào)世界時(shí)是國家大科學(xué)工程——長短波授時(shí)系統(tǒng)授時(shí)發(fā)播的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，也是計(jì)算北京時(shí)間的基礎(chǔ)。之所以把北京時(shí)間的產(chǎn)生地設(shè)在西安，最主要的原因是，從地理上說，這里發(fā)出的無線電波有利于覆蓋我國大部分的陸地和近海，讓我國絕大多數(shù)時(shí)間用戶都能收到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率信號(hào)。
時(shí)間產(chǎn)生出來后，就是授時(shí)了。根據(jù)不同的需要，國家授時(shí)中心建立了不同的授時(shí)方式：如果需要毫秒量級(jí)的時(shí)間，可以接收短波授時(shí)；如果需要微秒量級(jí)的時(shí)間，可以接收長波授時(shí)；如果需要十納秒量級(jí)的時(shí)間，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時(shí)可以滿足。
時(shí)間工作的核心是守時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和保持）系統(tǒng)，由原子鐘組、測(cè)量比對(duì)、數(shù)據(jù)處理和原子時(shí)歸算、國際時(shí)間比對(duì)和溯源等組成。國家授時(shí)中心守時(shí)系統(tǒng)為我國長短波授時(shí)、衛(wèi)星授時(shí)、通信系統(tǒng)、電子商務(wù)、電話授時(shí)、網(wǎng)絡(luò)授時(shí)等授時(shí)系統(tǒng)提供高精度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間在西安臨潼產(chǎn)生，但長波和短波授時(shí)臺(tái)在渭南蒲城，高精度時(shí)間的發(fā)播也主要是由這里的長短波授時(shí)系統(tǒng)完成。
我國的授時(shí)水平居世界前列
2018年是國際權(quán)度局時(shí)間公報(bào)Circular-T（簡稱T公報(bào)）出版發(fā)布30周年，T公報(bào)1988年3月1日出版，國家授時(shí)中心已連續(xù)30年為其提供數(shù)據(jù)支持，長期綜合性能排全球前三位，這標(biāo)志著我國守時(shí)授時(shí)水平位居世界前列。國家授時(shí)中心從1980年起參加國際原子時(shí)的計(jì)算，持續(xù)為國際原子時(shí)歸算和T公報(bào)提供數(shù)據(jù)。中科院國家授時(shí)中心時(shí)間頻率基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已成長為對(duì)國際原子時(shí)計(jì)算權(quán)重貢獻(xiàn)位居國際前列、性能國際先進(jìn)的全球最重要的時(shí)間實(shí)驗(yàn)室之一。
精密時(shí)間為高精尖科技保駕護(hù)航
每個(gè)人都接觸時(shí)間，每個(gè)人都關(guān)心時(shí)間，高精度時(shí)間已經(jīng)成為一個(gè)國家科技、經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)生活中至關(guān)重要的參量，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、電力、通信、航空、國防等領(lǐng)域。比如，在交通領(lǐng)域高精度時(shí)間頻率同步成為智能交通網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵問題。塔臺(tái)向飛機(jī)發(fā)送無線電信號(hào)，飛機(jī)收到信號(hào)后轉(zhuǎn)發(fā)到塔臺(tái)，塔臺(tái)測(cè)量信號(hào)發(fā)出到接收的時(shí)間間隔，根據(jù)時(shí)間間隔判斷飛機(jī)的距離。時(shí)間測(cè)量精度決定了飛機(jī)距離的測(cè)量精度，時(shí)間測(cè)量精度提高一倍，可把兩架飛機(jī)的距離測(cè)量精度縮短到原來的一半，相等的空間可以容納更多的飛機(jī)，能大幅度地減少飛機(jī)航道的擁堵現(xiàn)象。高精度時(shí)間在電力系統(tǒng)中也有著廣泛應(yīng)用，大量發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電就需要保持高度時(shí)間同步，并網(wǎng)主要設(shè)備的時(shí)間要同步到微秒量級(jí)。同時(shí)，時(shí)間也可以充當(dāng)輸電線上的偵察兵。當(dāng)高壓輸電線不幸被雷擊中，高精度時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的快速定位。此外，當(dāng)前炙手可熱的5G通訊也需要高精度時(shí)間來保駕護(hù)航，沒有時(shí)間同步就無法實(shí)現(xiàn)通訊，5G基站有著非常高的時(shí)間同步要求，精度要達(dá)到十幾個(gè)納秒。
目前，我國已經(jīng)啟動(dòng)了國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、“十三五”建設(shè)項(xiàng)目高精度地基授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)，該項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容包括兩個(gè)部分：一是在現(xiàn)有長波授時(shí)臺(tái)基礎(chǔ)上，在西部地區(qū)增補(bǔ)完善增強(qiáng)型長波授時(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)長波授時(shí)信號(hào)全國土覆蓋，重點(diǎn)區(qū)域授時(shí)精度優(yōu)于百納秒（較現(xiàn)有長波授時(shí)系統(tǒng)提高1個(gè)量級(jí)以上）；二是利用通信光纖網(wǎng)建設(shè)覆蓋主要城市和重要用戶的光纖時(shí)頻傳遞骨干網(wǎng)，時(shí)間傳遞精度優(yōu)于百皮秒，頻率傳遞精度優(yōu)于E-19量級(jí)。建成以后，我國長波和光纖授時(shí)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。
“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)” 是陜西省“十三五”期間唯一負(fù)責(zé)建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在提高我國授時(shí)系統(tǒng)的安全性、可靠性和授時(shí)精度，對(duì)科學(xué)研究和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。項(xiàng)目核心部分將在西安市建設(shè)，包括國家時(shí)間基準(zhǔn)（北京時(shí)間）的產(chǎn)生和保持系統(tǒng)、地基授時(shí)總體監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、授時(shí)差分控制及信息處理平臺(tái)、時(shí)頻大數(shù)據(jù)科學(xué)研究平臺(tái)、多學(xué)科交叉融合基礎(chǔ)研究與學(xué)術(shù)交流平臺(tái)、國家時(shí)間頻率體系控制中心、空間時(shí)間頻率技術(shù)研發(fā)平臺(tái)等。建成以后將奠定西安成為國家時(shí)間頻率技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基地的地位。對(duì)西安當(dāng)?shù)卣?wù)、商務(wù)、金融、證券行業(yè)的發(fā)展，對(duì)智慧城市、智能家居、室內(nèi)定位、無人駕駛等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將帶來革命性發(fā)展，有力推動(dòng)“數(shù)字化西安”建設(shè)。特別是對(duì)于助推西安市建設(shè)綜合性國家科學(xué)中心具有重要意義。
本報(bào)記者 王嘉
