北京時(shí)間從這里發(fā)布

　　在古都西安眾多名勝古跡中，鐘樓無(wú)疑是光彩奪目的一個(gè)。千百年來(lái)，這里的鐘聲一直是古人安排勞作和生活的標準?，F在，這座鐘樓向東30千米，有一處幽靜的小院，我國現代的標準時(shí)間——北京時(shí)間就從這里產(chǎn)生。

　　這里是中國科學(xué)院國家授時(shí)中心。由它運行維護的長(cháng)短波授時(shí)系統，承擔著(zhù)我國高精度標準時(shí)間的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)。

　　從華清池通往兵馬俑的秦唐大道上，可以看到國家授時(shí)中心的大門(mén)。這里高聳的現代鐘樓尤其引人注目。每到整點(diǎn)，清脆的報時(shí)聲就會(huì )響起。

　　授時(shí)系統多次升級

　　1964年，中國第一顆原子彈爆炸成功后，發(fā)射第一顆人造衛星就被提上日程。為滿(mǎn)足人造衛星的高精度時(shí)間需要，又因關(guān)中地處我國中央，無(wú)線(xiàn)電授時(shí)信號能更好地覆蓋全國，1966年國家科委決定由中科院抓總在陜西省關(guān)中地區籌建短波授時(shí)臺。按照“靠山進(jìn)洞”的戰備要求，最終選址在陜西蒲城唐憲宗景陵山上。

　　短波授時(shí)臺建成后，滿(mǎn)足了毫秒量級用戶(hù)的需求。但是，隨著(zhù)我國空間技術(shù)飛速發(fā)展和戰略武器試驗的需要，需要更高精度的授時(shí)手段。

　　長(cháng)波授時(shí)臺應運而生，它的精度是微秒量級，比短波臺授時(shí)精度提高了1000倍。

　　“面對國外的技術(shù)封鎖，老一輩科學(xué)家不畏艱難，協(xié)作攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)，自主研制生產(chǎn)出了所有關(guān)鍵設備，國產(chǎn)化率達到了100%?！敝锌圃簢沂跁r(shí)中心黨委書(shū)記竇忠研究員自豪地說(shuō)，當時(shí)出于安全考慮，長(cháng)波授時(shí)臺建在了地下，深度達26米，相當于八九層樓，地上只有4座高聳的鐵塔承載著(zhù)15噸的倒錐形天線(xiàn)體。

　　該項成果1988年獲國家科技進(jìn)步獎一等獎。此后，長(cháng)短波授時(shí)系統又經(jīng)多次改造升級，始終保持著(zhù)國際先進(jìn)水平。

　　折中的協(xié)調世界時(shí)

　　我國的標準時(shí)間是北京所在的東八區的區時(shí)，比國際標準時(shí)間早8個(gè)小時(shí)。國際標準時(shí)間稱(chēng)為協(xié)調世界時(shí)(UTC)，是世界時(shí)和原子時(shí)折中后的計時(shí)體系。

　　世界時(shí)是以地球自轉周期為基礎確定的時(shí)間尺度，1秒是地球自轉周期的1/86400。

　　原子時(shí)是利用原子振蕩頻率確定的時(shí)間尺度。由于原子躍遷(電子從一個(gè)軌道跳到另一個(gè)軌道的不連續的過(guò)程)頻率具有高穩定性，國際計量大會(huì )規定，銫原子的外層電子在兩個(gè)能級之間躍遷振蕩9192631770個(gè)周期持續的時(shí)間為1秒。

　　原子時(shí)精度比世界時(shí)高上千倍甚至上萬(wàn)倍，原子時(shí)取代世界時(shí)似乎理所當然。但是，如果完全使用原子時(shí)，由于地球自轉長(cháng)期變慢，按照現在的速度，5000年差一個(gè)小時(shí)，30000年后凌晨零點(diǎn)就會(huì )出現太陽(yáng)升起的現象。于是，科學(xué)家想到了一種“和稀泥”的辦法，這就是協(xié)調世界時(shí)。

　　它采用原子時(shí)的秒長(cháng)，通過(guò)閏秒使協(xié)調世界時(shí)的時(shí)刻與世界時(shí)的時(shí)刻差保持在0.9秒以?xún)?。如果時(shí)刻差超過(guò)1秒，就在協(xié)調世界時(shí)中減去或加上1秒。協(xié)調世界時(shí)作為全球的時(shí)間標準，是零時(shí)區的時(shí)間，北京時(shí)間要加上8小時(shí)的時(shí)區差。

　　北京時(shí)間的發(fā)播

　　時(shí)間產(chǎn)生出來(lái)后，就可以授時(shí)了。竇忠介紹，用戶(hù)的需要不同，授時(shí)方式也不同：如果需要毫秒量級的時(shí)間，可以短波授時(shí);如果需要微秒量級的時(shí)間，可以長(cháng)波授時(shí);如果需要十納秒量級的時(shí)間，北斗衛星導航系統授時(shí)可以滿(mǎn)足。

　　授時(shí)所用的長(cháng)波和短波都是無(wú)線(xiàn)電波。短波的波長(cháng)在10—100米之間，長(cháng)波波長(cháng)在1000—2000米之間，兩者都以地波和天波的方式傳播。地波指發(fā)射天線(xiàn)輻射出去后沿地表傳播的電波。而天波則是發(fā)射天線(xiàn)發(fā)出后在高空被電離層反射后到達接收點(diǎn)的電波。

　　短波地波傳播時(shí)衰減較大，覆蓋范圍只有幾十公里;而天波經(jīng)電離層多次反射可以傳播得很遠，達到幾千公里甚至上萬(wàn)公里，因此，短波授時(shí)以天波為主。但是，由于受電離層擾動(dòng)、大氣噪聲和多徑效應等因素影響，短波授時(shí)的信號不穩定。

　　與短波授時(shí)不同，長(cháng)波授時(shí)以地波為主。長(cháng)波地波沿著(zhù)地表可以傳播得很遠，尤其是滲透地層和海水的能力比較強。同時(shí)，由于地波場(chǎng)強和相位穩定，長(cháng)波授時(shí)的精度達到微秒量級，也就是百萬(wàn)分之一秒。

　　我國的北斗衛星導航系統運行以后，長(cháng)短波授時(shí)系統又有了新的拓展?！靶l星導航系統雖然是一種導航定位系統，但導航定位的基本原理卻是時(shí)間測量?！备]忠說(shuō)，因此，衛星導航系統需要有一套準確可靠的時(shí)間頻率系統，也具有授時(shí)功能，并且是目前應用最廣的授時(shí)系統。衛星導航系統的授時(shí)精度在十納秒量級?！暗?，衛星授時(shí)也有缺點(diǎn)，容易受到干擾和欺騙?！彼f(shuō)。

　　時(shí)間為高精尖科技保駕護航

　　目前，高精度時(shí)間已經(jīng)成為一個(gè)國家科技、經(jīng)濟、軍事和社會(huì )生活中至關(guān)重要的參量，廣泛應用于導航、電力、通信、航空、國防等領(lǐng)域，作為最基本的物理量，對提升國家科研水平也有基礎性作用。

　　事實(shí)上，衛星導航系統是一個(gè)基于測量時(shí)間差的測距定位系統，人們在導航時(shí)用到的位置和速度信息就是通過(guò)測量時(shí)間獲得的。

　　“時(shí)間的毫厘之差，會(huì )帶來(lái)距離的千里之謬。百萬(wàn)分之一秒的時(shí)間測量誤差，就會(huì )導致測距誤差300米?！备]忠說(shuō)。

　　高精度時(shí)間在電力系統中也有著(zhù)廣泛應用。大量發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電就需要保持高度時(shí)間同步，并網(wǎng)主要設備的時(shí)間要同步到微秒量級。同時(shí)，時(shí)間也可以充當輸電線(xiàn)上的偵察兵?！氨热?，高壓輸電線(xiàn)不幸被雷擊中，高精度時(shí)間就可以實(shí)現對故障點(diǎn)的快速定位?！备]忠說(shuō)。

　　竇忠介紹，當前炙手可熱的5G通訊也需要高精度時(shí)間來(lái)保駕護航，沒(méi)有時(shí)間同步就無(wú)法實(shí)現通訊，5G基站有著(zhù)非常高的時(shí)間同步要求，精度要達到十幾個(gè)納秒。

　　長(cháng)短波授時(shí)系統所建立的時(shí)間基準，是北京時(shí)間的源頭，也是北斗衛星導航系統的時(shí)間溯源系統。它廣泛應用于基礎研究和工程技術(shù)領(lǐng)域，成為國家的一個(gè)戰略資源。