來(lái)源_中科院之聲

我們每個(gè)人都會(huì)伴隨著時(shí)間成長(zhǎng)_時(shí)間是我們生活中永遠(yuǎn)無(wú)法脫離的物理量。從很小的時(shí)候_我們就認(rèn)識(shí)了鐘表_所有的鐘表都分成了60小格_秒針走1格即為1秒_轉(zhuǎn)一圈為1分_也就是1分鐘_60秒。

下面是一節(jié)小學(xué)數(shù)學(xué)單位換算的練習(xí)題_1分鐘等于多少秒呢？如果小朋友填60秒_老師一定會(huì)判為正確答案。

可在時(shí)間科學(xué)中_按現(xiàn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的規(guī)定_正確答案應(yīng)該是大部分情況下1分鐘_60秒_而在閏秒的情況下1分鐘≠60秒。下面讓我們解釋一下這到底是為什么。

天文時(shí)間

遠(yuǎn)古人類(lèi)的生活主要是“日出而作_日落而息”_而這日出日落是由地球自轉(zhuǎn)造成的_因此_地球自轉(zhuǎn)這一天文現(xiàn)象自然就成了計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)。我們知道_地球每天自轉(zhuǎn)一周_因此_天上的天體每天東升西落一次。我們?nèi)绻训厍虍?dāng)作一個(gè)大表盤(pán)_那么天上的天體就好比鐘面上表示鐘點(diǎn)的數(shù)字。天體的位置天文學(xué)家已經(jīng)很好地測(cè)定過(guò)_也就是說(shuō)這只天然鐘面上的鐘點(diǎn)數(shù)是精確知道的。天文學(xué)家的望遠(yuǎn)鏡就像是鐘面上的指針_當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的天體時(shí)_天文學(xué)家就可以知道正確的時(shí)間了_這里的天體可以是太陽(yáng)或其他恒星。

自17世紀(jì)以來(lái)_天文學(xué)家們以地球自轉(zhuǎn)作為計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)_一天的1/86400設(shè)定為1秒。_由于地球自轉(zhuǎn)季節(jié)性變化、不規(guī)則變化和長(zhǎng)期減慢_所以這種天文時(shí)每天只能精確到1×10-9秒。

原子時(shí)

社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使人們對(duì)時(shí)間的精度需求越來(lái)越高。隨著量子力學(xué)的發(fā)展_1955年英國(guó)皇家物理實(shí)驗(yàn)室（NPL）造出了第一臺(tái)以原子能級(jí)間躍遷為基礎(chǔ)的銫原子鐘。原子鐘剛出現(xiàn)的時(shí)候_她的性能并沒(méi)有天文時(shí)那么準(zhǔn)_可幾年后她的準(zhǔn)確度就超過(guò)了天文時(shí)_因此_科學(xué)家們便開(kāi)始研究如何利用原子鐘來(lái)進(jìn)行守時(shí)_至今“原子時(shí)”已經(jīng)有60多年的歷史了。到了1967年_第13屆國(guó)際權(quán)度大會(huì)（CGPM）正式?jīng)Q定以原先天文時(shí)秒長(zhǎng)為基礎(chǔ)_利用銫原子133同位素的兩個(gè)超細(xì)能級(jí)之間的9192631770次躍遷作為新的“秒長(zhǎng)”定義?，F(xiàn)在原子時(shí)的測(cè)量精度大大超越了天文時(shí)_滿足了許多現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展需求。

英國(guó)NPL的Parry和Essen正在操作銫原子鐘

閏秒

天文時(shí)和原子時(shí)的同時(shí)出現(xiàn)_使得時(shí)間以誰(shuí)為準(zhǔn)便成了一個(gè)現(xiàn)實(shí)且必須要解決的問(wèn)題。天文時(shí)是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的_她很適合我們的實(shí)際生活以及與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的許多科學(xué)領(lǐng)域_而原子時(shí)又以原子躍遷為基礎(chǔ)_她比天文時(shí)更加準(zhǔn)確且易于提供物理時(shí)頻信號(hào)_這兩者互有優(yōu)缺點(diǎn)。于是_從1972年開(kāi)始_國(guó)際上綜合二者的特點(diǎn)正式推出了現(xiàn)在的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間“協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）”。這國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是天文時(shí)與原子時(shí)“相互協(xié)調(diào)”的結(jié)果。_國(guó)際電信聯(lián)盟《ITU-R_TF。_460建議書(shū)》規(guī)定_“協(xié)調(diào)世界時(shí)”是在國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織（IERS）的協(xié)助指導(dǎo)下由國(guó)際權(quán)度局（BIPM）來(lái)維護(hù)的_具體過(guò)程為_(kāi)BIPM負(fù)責(zé)國(guó)際原子時(shí)的計(jì)算_而IERS負(fù)責(zé)世界時(shí)的測(cè)量歸算_當(dāng)原子時(shí)與天文時(shí)將要相差0.9秒的時(shí)候_由IERS提前半年對(duì)外公布原子時(shí)在6月30日或12月31日向天文時(shí)靠近1秒_這也就是所謂的“閏秒”_物理上由BIPM自身及其組織全球守時(shí)實(shí)驗(yàn)室來(lái)執(zhí)行。理論上講_閏秒有正有負(fù)_可現(xiàn)在地球沒(méi)有越轉(zhuǎn)越快_而總是越轉(zhuǎn)越慢。因此_自從實(shí)現(xiàn)閏秒以來(lái)_在閏秒時(shí)總是1分鐘變成61秒_而不是59秒。截止2016年12月_國(guó)際原子時(shí)已經(jīng)與協(xié)調(diào)世界時(shí)累積了37秒的差距。

瑞士日內(nèi)瓦國(guó)際電信聯(lián)盟總部

近年來(lái)的閏秒情況

我國(guó)閏秒的實(shí)現(xiàn)

全世界一共劃分為二十四個(gè)時(shí)區(qū)_我國(guó)的北京時(shí)間屬于東八區(qū)。因此_北京時(shí)間比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間快8個(gè)小時(shí)。我們國(guó)家的時(shí)間服務(wù)工作由我國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心負(fù)責(zé)_全球閏秒在格林尼治時(shí)間0點(diǎn)同步調(diào)整_因此我國(guó)的閏秒由我國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心在北京時(shí)間上午7點(diǎn)59分的最后1秒完成。當(dāng)我國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心插入閏秒的同時(shí)_我國(guó)各行各業(yè)的時(shí)間也隨之調(diào)整1秒。

中科院國(guó)家授時(shí)中心時(shí)間頻率基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室調(diào)整閏秒

中科院國(guó)家授時(shí)中心授時(shí)部調(diào)整閏秒

所以_按現(xiàn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的規(guī)定_在大部分情況下1分鐘_60秒_而在閏秒的情況下1分鐘≠60秒。

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