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2017年1月1日全国将现“7:59:60” 系“闰秒”所致

  图①:中科院国家授时中心工作人员检测国际原子时、协调世界时等设备。记者 姜 峰摄 图②:铯原子钟。张首刚提供

编者的话

今天是2016年的最后一天。此时的您,或许正整理2016年的记忆,也或许正绘制2017年的规划。但您是否想过,如果没有时间的计量,便无所谓新一年、旧一年,这样一个辞旧迎新的仪式也就无从谈起。

早在人类文明诞生之初,人类便开始通过对时间的计量来描述万事万物的变化,并由此诞生了一系列精度越来越高的计时器具。明天将会出现的闰秒便是两种计时系统之间协调时间差的现象。

闰秒如何产生?有何意义?对我们有什么影响?让我们走进中科院国家授时中心,听“时间守护人”讲讲他们眼中的时间和闰秒。

冬日的清早,53岁的董绍武又一次走进时间基准实验室,像往常无数个寒暑一样,监测起设备的运行状况。

1983年从西安电子科技大学毕业,他在中科院国家授时中心已整整工作了33个年头。规律的工作节奏,如同实验室内的国际原子时、协调世界时、北京时间等时间测量比对设备上跳动的数字一样,分秒不差。

“别小看这几台设备,所有中国人的时间,都是从咱们身旁的机器里发出的。”如今已是时间基准实验室主任的董绍武嘴角一扬,对记者说,“标准时间的产生、保持、国际比对,提供信号应用,也就是授时,这些就是我的日常工作。”

中科院国家授时中心坐落在西安市临潼区,因此也有人说,“北京时间从西安发出”。

精准,是授时人最重要的职责。“设备开起来就不能停,我们都是24小时值班。”而除了进行日常维护、展开基础研究,摆在董绍武面前的一项重要任务,就是到了一定时期要进行“时间同步”。“闰秒”就是时间同步中的重要内容。

标准时间

既非世界时 也非原子时

“当前,全球通用两套计时系统,一套是地球钟,也就是世界时。”董绍武向记者介绍,世界时很好理解,这是根据地球自转来确定的,地球自转一圈就是一天,一天就是24小时,也就是86400秒,“然而,由于地球自转并不均匀,有时快有时慢,就会造成走时误差。” 董绍武介绍,目前世界时来自国际地球自转服务中心IERS网站发布的结果,全球有世界时联测网。

全球通用的另一套计时系统就是原子钟,也就是原子时。“原子时是利用原子振荡频率确定的时间尺度,非常稳定。”董绍武介绍,1967年,第十三届国际计量大会正式把由铯原子钟确定的原子时定义为国际时间标准,取代了天文学的秒长的定义,“准确来说,位于海平面上的铯133原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁震荡9192631770个周期所持续的时间为一个原子时秒。”

那么问题来了:两套计时系统就需要“对表”。

董绍武告诉记者,现在全球用的标准时间是“协调世界时”,“所谓协调世界时,是采用原子时的秒长,在时刻上与世界时时刻之差保持在正负0.9秒之内,必要时用阶跃1整秒的方式,就是所谓的闰秒来调整。”因此,协调世界时既不是原子时,也不是世界时,而是两者的结合和协调。

国际上规定两个时间调整闰秒,一个是12月31日,一个是6月30日。董绍武介绍,闰秒全球时间同步,全球在同一时刻对本地时间同步调整,国家授时中心通过电脑程序自动完成。

2016年7月6日,巴黎国际地球自转服务组织向全球负责标准时间测量和发播的机构发布最新一次闰秒公告:协调世界时将在2017年1月1日实施一个正闰秒,也就是增加1秒,由于时差的原因,我国将在北京时间2017年1月1日的7时59分59秒和全球同步进行闰秒调整,届时会出现7:59:60的特殊现象。

未来

时间计量可能再次回归天文

“有观测以来,地球自转的长期大趋势是变慢,也就是说地球自转确定的秒,变得越来越长,因此就得让原子时‘等’一秒,或者说‘加’一秒。”董绍武介绍,1958年1月1日零点世界时和原子时对准以来,前者现在已经比后者慢了约36秒。

“原子钟是物理装置,其精确度每天快慢不超过千万分之一秒,是相对均匀的时间尺度,但是与地球的空间位置不关联。”董绍武强调,世界时是自然属性,更是社会属性,虽然在均匀性上相形见绌,但与人们的日常生产生活、天文观测、大地测量和空间活动都关系密切。因此,关于是否取消闰秒的问题,国际无线电通信大会通过决议,维持现状。

闰秒对人们的生活有多大影响?“时间同步的时候,我这里很忙活,但对一般老百姓而言肯定是感觉不到的。”董绍武笑言,但是这种标准时间的同步与调整,无疑对导航、通信、证券交易等事关重大。

关于未来的方向,董绍武向记者分析,将来可能会应用一些更高科技的计时系统,比如光钟,就是通过对光学频率的精密控制和光学频率与微波频率的高精度转换,来提供超高精度的时间和频率标准,未来新一代的“秒定义”有可能是以基于光波波段上的跃迁为标准。还有脉冲星计时,脉冲星具有超高精度的时间特征,科学界早已提出了利用脉冲星计时的设想,“未来时间计量有可能再次回归天文。”

■小贴士

时间度量发展历程

人类早期原始的时间度量仪器包括影钟、火钟、水钟等,其中影钟比较典型的就是我国的日晷、古埃及绿石板影钟等;火钟是利用燃烧燃料的速度来计时,比如蜡钟、香钟、油灯钟;而水钟则是利用水的流动传递来计量时间,其中集大成者就是我国北宋时期发明的集观测、演示和报时为一体的水运仪象台。除此之外,还有沙漏、滴漏等,这些计时器普遍存在不够精准的问题。

近现代以来,人类的时间度量仪器发展日新月异,先后出现了机械钟、电子钟,特别是包括电钟、晶体管钟、音叉钟、石英钟等在内的电子钟,满足了人们关于时间的需要,并且走入了大众家庭。

近几十年来,人类时间度量仪器不断向高精尖发展,每100万年才误差一秒的原子钟已经成为全球通用的计时系统,而光钟甚至脉冲星计时也有望在不远的将来出现。

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