“格林尼治时间”会取消吗?

2012-1-5 20:07| 发布者: 三剑客| 查看: 1103| 评论: 0|来自: 新华网

      对于普通人来说,时间似乎是一种司空见惯的东西。而对科学家来说,如何定义时间其实是件很复杂的事情。
       上世纪70年代,一项国际协议确定了“世界时”和“原子时”两种时间计量系统。一些科学家认为,两种时间计量标准并行是一件奇怪的事情,并且带来了不少麻烦,因此他们呼吁废除时间计量系统的“双轨制”,以原子时作为单一计时标准。有消息称,国际电信联盟定于今年1月在瑞士日内瓦表决是否采纳上述动议。所谓“格林尼治时间”将取消的说法就来自于此。

“世界时”来源于天文观测

  为理解取消“格林尼治时间”的说法,北京天文馆馆长朱进首先向记者解释了两种关于时间的定义。

  时间的计量肯定与运动有关。古人通过对于循环往复的日出日落的观察和体验,可以得出“日”的概念。这对应的就是基于地球自转的,以真实观测到的太阳为参照的真太阳时系统。

  由于地球绕太阳的公转轨道并不是严格的圆轨道,而真太阳所运动的轨迹黄道与天赤道也并不重合,因此真太阳在黄道上的运动投影到赤道上一定会是不均匀的。为了定义一种均匀流逝的时间,天文学家定义了一个假想的“平太阳”,它在天赤道上匀速运动,并且跟真太阳同时经过春分点和秋分点。通过对这个假想的平太阳的观测,建立了以地球自转为基础的叫做平太阳时的时间系统。

  在平太阳时系统中,以平太阳连续两次上中天(简单地可以理解成通过观测地点正南)的时间间隔作为一个平太阳日,据此再定义出来小时、分、秒等。由于地球的自转,不同地理经度的地点会有不同的地方平太阳时系统,而格林尼治天文台本初子午线(地理经度的零点)上的地方平太阳时就是格林尼治平时。在经历了一番复杂的演化过程之后,从1948年起,国际天文学联合会开始使用世界时来代表从子夜起算的格林尼治平太阳时。

基于物理学概念的“原子时”更精确

  由于地球整体物质分布的不均匀性,天文观测发现地球自转周期并不均匀,而是忽快忽慢。同时,由于日、月和行星的引力和摄动,形成地球的潮汐现象。潮汐摩擦效应致使地球自转产生长期减缓,总的趋势是“日”越来越长,相应地“秒”也越来越长。比如恐龙时代的“日”长度要比今天的“日”长度短得多。 这就是以地球自转运动为基础的“世界时”的特点。

  从20世纪50年代起,随着物理学实验技术和电子技术的发展,诞生了稳定度非常高的人工振荡频率标准。1967年第13届国际度量衡大会通过决议,定义新的国际单位制秒长为位于海平面上的铯原子钟Cs133基态的两个超精细能级在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间。使用这个秒长所建立的连续时间就是原子时。

  原子时时刻的起点通过和世界时的比较,取为1958年1月0日世界时0时(0日即1日的前一天,实际上是1957年12月31日,相当于时间坐标的原点)。事后发现此刻的世界时和原子时存在一个0.0039秒的差异。将各成员实验室的原子钟读数进行地球引力场修正,换算到地球大地水准面上,并进行比对的综合处理,得到全球统一的国际原子时。

  按这种原子时定义,1000万年仅误差1秒,相对精准得多。上世纪70年代的一项国际协议,确定使用“世界时”和“原子时”两种时间计量系统。

“协调世界时”是目前日常生活中使用的时间

  朱进说,世界时是以地球运转为基础,因此,与人的感受相一致,而原子时完全是以技术为基础,与人的感受并不完全一致。自人类启用原子时以来,两种时间的偏差也在不断加大。从1958年算起至今,世界时已经比原子时慢了34秒。

  如果完全采用原子时作为时间计量的基准,由于地球自转的长期减慢,经过一段时间的积累,将出现原子时的时间与昼夜变化不同步的问题。极端的情况是,大约在七八千年后,原子时钟表上显示是白天中午12点,但事实上已经是黑天了。为此,国际上又引入了协调世界时的概念。协调世界时仍以国际原子时的秒长为时间单位量度时间间隔,但通过调整时刻,使国际原子时和世界时的时刻差不要太大。从1972年起,规定它们的时刻差不超过0.9秒。通过天文观测提供的结果,一旦预测它们的差异要超过这个限制,就人为在世界时的时刻增加或者减去一秒,称为跳秒。

  协调世界时的基础依然是地球运动,但要与以分子振荡频率为基础的原子时进行协调。协调世界时是不时地需要调整的时间计量,而原子时则是大概在几十万年均恒定不变的时间计量。目前我们日常生活中使用的“格林尼治时间”其实就是这种协调世界时。

取消“格林尼治时间”是个两难问题

  朱进告诉记者,现在所谓的“格林尼治时间”是否取消的问题,实际上就是协调世界时是否保留的问题。

  从实用的角度考虑,民用方面还是使用引入了跳秒的协调世界时更为符合太阳升落和昼夜交替的习惯,而在卫星导航系统中,由于跳秒需要依赖实际的天文观测,无法事先预计,因此在操作上不容易体现,目前三大卫星导航系统使用的都是基于原子时的时间系统,与民用的协调世界时存在若干整数秒的系统差异。对普通人而言,快一秒、慢一秒不会影响生活。对授时机构、通信、航天、电子等时间精度要求较高的领域而言,调校时间并不是容易的事情。

  从时间本身来说,国际天文学联合会应该是最权威的确定时间相关概念的组织。而从时间信号发布的技术层面,国际电信联盟下属的国际无线电咨询委员会则起到关键的作用。与时间有关的组织包括国际天文学联合会(IAU),国际电信联盟(ITU),国际地球自转服务(IERS)等。在时间问题上,各有关国际组织一直保持着密切的合作。

  明年1月23日到2月17日期间,参加国际电信联盟大会的代表将就是否从5年之后的12月21日开始停止协调世界时的跳秒问题进行表决,如果获得该联盟70%的国家的同意则将在协调世界时中取消跳秒。而更进一步的可能将是从2022年开始,协调世界时完全被基于原子时的世界时取代。

  朱进表示,在协调世界时中取消跳秒的后果,从本质上说将改变我们传统的一天(日)的概念,并在几百年的尺度上产生人们日常使用的时间与基于地球自转的平太阳时系统的一定差异,比如中午12点太阳的方位并不是在正南边。目前阶段,在协调世界时中取消跳秒以及用原子时取代协调世界时,对日常应用可能造成的影响以及其中的风险还没有经过充分的研究和讨论,预计在2012年初国际电信联盟的表决中取消跳秒的决议不一定能够获得通过。对这个问题需要给予更多的关注,而有关的争议也最终还是需要时间来解决。

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