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北京时间7月1日多出1秒中国计量院专家为公众解惑闰秒

发布时间:2020-02-04 14:26:01 阅读: 来源:钢纤维厂家

北京时间7月1日“多”出1秒

——中国计量院专家为公众解惑闰秒 今年7月1日,全球将同步进行闰秒调整。图为上海外滩老式建筑楼顶上的钟楼闹钟。 严大明 摄

□ 徐学林 刘旭红

本报记者 史玉成

7月1日早晨,细心的朋友会发现,自己的电脑将出现7∶59∶60的特殊现象。今年1月5日,国际地球自转局发布公告称,全世界将在2015年6月30日实施一次正闰秒。地处东八区的中国(北京)时间将在7月1日早8时增加1秒,届时全国的钟表将统一调慢一秒钟。

那么,什么是闰秒?为什么会产生闰秒?闰秒会对我们的生活产生影响吗?中国质量报记者近日就这些公众关注的问题,专访了中国计量科学研究院(以下简称中国计量院)时间频率所守时室主任张爱敏。

为什么会出现闰秒

时间是人类最早认知的自然现象之一。基于地球自转的时标称为“平太阳时”,属于天文时。天文时借助天文观测得到地球自转的平均周期(日长),然后将其等分为86400份(即一天24小时,一小时60分,一分60秒),得到秒长。

但由于地球自转、公转运动的速率并不稳定,时快时慢。20世纪中叶,随着量子物理理论的诞生和发展,科学家发现,某些量子现象的时间稳定性远远优于天文现象,于是出现了利用量子现象测量时间的建议,即原子时或原子秒。1967年,国际计量大会决定用原子秒取代天文秒。

国际原子时是基于铯原子振荡周期确定的,因此相对恒定不变,天文时则取决于地球自转的速率,会因为地球自转速度的变化而变化。随着时间的推移,科学家发现两者逐渐出现了偏差,且渐行渐远。

那又该怎么办呢?于是有了一个“折中”的时间——协调世界时诞生了。1971年国际计量大会通过决议,设立协调世界时(UTC)作为全世界通用的标准时间。

“协调世界时是一种原子时和天文时的‘折中’时标。”据张爱敏介绍,设在法国巴黎的国际地球自转局(IERS)通过原子时与天文时的监测数据,当两者之差达到0.9秒时,就向全世界发布公告,会在下一个6月或12月最后一天的最后一分钟,对协调世界时拨快或拨慢1秒,这就是“闰秒”。

由于北京处于东八时区,因此今年中国将在7月1日7∶59∶59后面增加1秒,于是就有了7∶59∶60的特殊现象。而英国是零时区,将在6月30日最后1秒实施闰秒。

张爱敏表示,自1972年协调世界时正式使用至今,全球已经进行了25次正闰秒调整,也就是说协调世界时一共增加了25秒。上一次闰秒在2012年,今年6月30日将是第26次闰秒,而且还是正闰秒。

闰秒在今后或将取消

尽管闰秒是按照国际地球自转局公告的全世界统一行动,但近年来,关于闰秒是否有存在的价值、是否要取消闰秒的争议一直备受关注。

在人们的日常生活中,如果我们使用的时间和日出日落相差几分钟、甚至2小时(如乌鲁木齐时间),几乎不会带来显著不便。因此对于人们的普通生活来说,闰秒并不会带来影响。但张爱敏告诉中国质量报记者,对于军事、航天等高精尖领域来说,闰秒却非常重要。“闰秒在众多领域,特别是新近发展的许多现代科学技术中反而显示了负面作用。比如说,全球卫星导航系统的时标如果引入闰秒,势必中断定位、导航、授时的连续性。再比如,飞船1秒钟可飞行将近8公里,如果无规律地差了1秒,可能造成飞船偏离原定轨道,威胁其安全。”

为此,国际上涉及时间频率的两个政府间国际组织:国际计量大会(CGPM)和国际电信联盟(ITU)在各自框架下分别研究取消闰秒的可行性。2007年国际计量组织多数通过了取消闰秒的建议,质检总局代表中国支持取消闰秒。国际电信联盟将在2015年下半年就取消闰秒进行表决,代表我国表决的工信部已经就取消闰秒取得共识,将投票支持取消闰秒。

如果取消闰秒,在原子时和天文时之间“折中”的协调世界时(UTC)将回归原子时,与以GPS、北斗为代表的原本就不闰秒的高准确时间频率应用相一致,促成全世界使用一个统一的时标体系。张爱敏告诉中国质量报记者,如果这次就取消闰秒取得共识,可能会有一个5年的缓冲期。

期待中国光钟的表现

协调世界时是由国际计量局(BIPM)主导世界各国原子时合作的产物,那么它是如何产生的呢?张爱敏分3个步骤对此进行了介绍。

首先是分布在世界各地的72家守时实验室的近500台原子钟,将各自利用商品守时钟组成的钟组,一年365天不间断地“守时”,产生各自的实验室原子时。所有实验室原子时数据通过国际比对系统(包括全球卫星导航系统及卫星双向系统)及内部测量系统进行比对和测量,并将比对数据报送国际计量局,经加权平均得到自由原子时(EAL)。其次,利用包括中国计量院在内的8个国家计量院所保存“世界最准”的铯原子喷泉基准钟进行校准,产生国际原子时(TAI)。最后根据国际地球自转服务组织(IERS)闰秒信息进行闰秒即得到协调世界时。

据了解,我国现有4个守时实验室,即位于北京的中国计量院(NIM)国家时间频率计量中心、北京卫星导航中心、北京无线电计量测试研究所(BIRM),以及位于陕西临潼的中科院国家授时中心(NTSC)。其中,中国计量院(NIM)国家时间频率中心、中科院国家授时中心和北京无线电计量测试研究所都参加国际原子时合作,产生各自的地方协调时UTC(k),为国际原子时贡献数据。

就像用尺子丈量长度,用秒长测量时间。原子秒长稳定度可以比天文秒要好上数亿倍。中国计量院建立与保持的激光冷却铯原子喷泉钟NIM5与原子时标UTC(NIM)是我国的时间频率基准,是我国时间频率计量体系的源头。其不但为协调世界时贡献数据,拥有话语权,而且在2014年,NIM5铯喷泉钟通过了国际频率基准工作组的审查,与法、德、美、英、俄、意一起,正式参与校准国际原子时。中国从此在国际原子时合作中具备了表决权。

更准确地测量时间频率,是时间频率研究的永恒主题,也是世界各国国家计量院和计量科学家永恒的追求。现行的秒定义在微波频段,光学频率比微波高10000倍,工作在光学频率的光钟比微波铯喷泉钟有更好的稳定度和准确度潜力。目前,国际主要发达国家正在研制各种基于不同原理的光钟,准备在2019年讨论修改秒定。张爱敏透露,中国计量院从2005年开始研制锶原子光晶格钟,以应对2019年国际关于修改秒定义的讨论。这台锶原子光晶格钟今年会获得第一组实验数据,预计2017年完成研制,届时准确度会达到6000万年不差一秒。

在即将于9月召开的国际时间频率咨询委员会上,我国将展示光钟研究的进展。未来,在国际修改秒长定义中,中国一定会作出更大的贡献。

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