西安晚报2009年3月5日报道:
每到整点,收音机里传出几声“滴……”响后,播音员会说上这么一句话:“刚才最后一响,北京时间×点整。”北京时间,统一着跨越5个时区的中国人的作息生活。可你知道吗?北京时间,并不是从北京发出的,它的源头却在陕西。它究竟是怎样被确定的?又是如何能保持随时让全国各地的人们都知晓的?
时间测量越来越精确
时间是什么?有人说,时间就是金钱,因为“一寸光阴一寸金”;也有人说,时间就是生命;还有人说,“时间永无止境,因此它代表了永恒”。每个人与时间都会有千丝万缕的联系:上班下班,上课下课,需要定点的时间;体育赛事的成绩要以时间为尺度;股市商战则需掌控好时间,伺机行事; “GPS”定位、军事导航、火箭发射等更无法离开精准的时间。
为了知晓时间,人类一直在发明各种各样的计时仪器来测定时间。人们最早是利用太阳的射影长短和方向来判断时间,这被称为太阳钟,比如圭表、日晷;后来又用机械原理设计出了机械钟,主要有两大类,一类是利用流体力学计时,有刻漏、沙漏;一类是采用机械传动结构计时,有浑天仪、水运仪象台等。到今天,人们使用的是非常先进的原子钟了。随着科技的进步,对时间的测量也是越来越精确,公元17年时计时每天会误差10秒,而现在的原子钟,3000万年不差一秒。
随着计时工具的进步,报时方式也在发展。古人用“晨钟暮鼓”报时,现代的城市里会在中心或繁华地带挂个巨大的钟表报时,而现在我们使用的“北京时间”,是用无线电波来传播的。作为中国的时间标准,北京时间“诞生”在1949年。中国横跨五个时区,但依据国际惯例——首都所在时区时间为本国标准时间,我国将北京所在的东八时区(即东经120度的)作为统一标准,并将其命名为北京时间。
这个全国人民都遵守的北京时间,却并非“诞生”在北京,它的源头在陕西,即位于西安临潼的中科院国家授时中心。
“北京时间”从何而来
早春二月,记者前往了临潼,去探寻有中 国“官方时间”之称的北京时间“源头”。
从车水马龙的西安市中心,向东北方向行驶约30分钟,就进入了有西安东大门之称的临潼区。过临潼区收费站,再往东前行不到10分钟,车在书院东路路北一座院落前停下。远眺公路南侧的骊山,山脊在雾蒙蒙的天色里若隐若现,蜿蜒绮丽。
骊山脚下这个看似寻常的大院,此时在记者眼中显得神秘异常,因为这里正是北京时间的“诞生地”——中国科学院国家授时中心。作为我国唯一的精准授时机构,它牵动着全国时间同步的神经,跳动着全国精密时间的脉搏。这里完成的是这样一系列任务:用原子钟所得到的守时基准,来产生标准时间——“北京时间”,再通过比对与国际时间协调,通过授时系统向全国进行授时服务。
中心大门保留着上世纪80年代初建时的样子,院内苍松郁郁葱葱,腊梅正吐芬芳,绿化很好,一不留神甚至会把这里当做是疗养院或是干休所。
但当记者步入4层综合主楼内,一切又是另一番景象,综合楼走廊里悬挂着的红色电子表,可能在其他任何地方都找不到:除了常规的时、分、秒的显示之外,在“秒”的显示后又多了一位,并且以5进位跳动,也就是说,它的时间显示精确到了0.5秒。虽然是上班时间,但楼内安静异常。有时从某一间办公室推门走出一位工作人员,都穿着白大褂,也给人庄严肃穆之感。
整座大楼最核心的地方,是位于地下室的钟房,通往地下室的台阶还没下几级,手机就已经完全没有了信号。而从踏入地下室,到进入地下钟房,一共要迈过5重门,这越来越增添了记者对这里的好奇。时频基准实验室袁海波博士告诉记者,如果说整个授时中心是“北京时间”的诞生地,那么这个放置了数十台铯原子钟和氢原子钟的地下钟房,就如同孕育“北京时间”的子宫,它以严格的温度、湿度和电磁环境,呵护着这些产生北京时间的原子钟。
伴随袁博士小心翼翼地打开最后一道锁,这些天一直令记者十分好奇的、守时精度能达到3000万年不差一秒的原子钟终于展现在眼前——这些四四方方,看起来类似于小机箱的金属盒子,外形没有丝毫特殊之处,只是上面一排有节律闪烁的红色指示灯,显示着它的内部正繁忙工作着。袁博士介绍道,授时中心用来确定和保持我国时间标准的,正是由这样的197台铯原子钟和5台氢原子钟共同完成。
袁博士说: “这是整个中心的宝贝。是它们利用原子非常恒定的跳动来得到北京时间基准,多台原子钟比对则是为了确定最精准时间。”原子钟们被置于墙壁全部覆盖有屏蔽材料的钟房里,除此以外,房里正中还悬挂有专门的仪器用以测量房间的温度与湿度。“它们是极其精密的设备,任何微小的环境的干扰都会影响其准确性。”
“北京时间” 从哪发向全国
临潼的国家授时中心,完成的是北京时间的“守时”工作,即通过原子钟系统,来保持和比对标准时间的产生。而这个时间还必须通过无线电波为用户提供信号,才能让千家万户接收到,这就是“授时”,完成这部分工作的地点却并不在临潼,而是在蒲城的国家授时中心二部(原陕西省天文台)。
蒲城二部位于唐宪宗景陵山脚下的杨庄,它被人称为“时间城”。全国的时间信号正是由这里发播出去的。蒲城二部通过微波来接收临潼“守住”的极高精度的标准时间,并采用长波和短波向全国发布。在全国各地,只要拥有时频接收器,就可以在瞬时接收到发自蒲城的标准时间,然后再用来对准自己的时钟。
虽然蒲城如今仅仅作为时间的发播基地而存在,但在约40年以前,它却是国家授时中心(前身是陕西天文台)的起点,肩挑“守时”与“授时”的双重任务。如今的国家授时中心临潼总部正是从蒲城搬迁而来的。
那么,授时中心即陕西天文台的选址缘何最初会“花落”蒲城?
建国初期,我国的无线电授时系统在上海,租用邮电部“真如国际电讯台”向全国发布国家的时间信号。但无线电覆盖范围有限,从东南一隅发播,难以覆盖全国,因此很多专家建议在国家地图的版图中央,建立一个新的无线电授时台。
从授时中心副主任窦忠口中,这内幕被清晰地还原,“1966年建设国家授时中心落实选址有一个基本原则:一定要处于我国的内陆腹地中心!这样一来发射出的无线电时间信号能够覆盖到全国各地,二来地质条件比较稳定,电磁环境也比较好。因此选址考察组在对符合基本原则的新疆、青海、甘肃、陕西四省区考察后,将第一视线落在了当时的陕西省武功县杨陵镇,另外,甘肃兰州也‘幸运’进入候选。”
专家在进行研讨后,杨陵被认为“太靠近西安城中,恐不够安全”而被放弃,而考虑到当时的战备需要,台址必须“靠山进洞”,兰州也不符合条件,而且它位于地震多发区。“据说当时的选址组坐着飞机一路往渭北找山,最终选定了陕西省渭南市的蒲城县。”
当地百姓却并不知道国家为何要在这个偏僻的地方大兴土木,用当时参建天文台的老台长漆贯荣的话来说,“连工作人员在乡亲们眼中都是神乎其神的。”也难怪百姓好奇,由于当时涉及国家安全,在蒲城县金帜山上如火如荼展开的工程,却只有一个“326工程”的神秘代号。
1968年10月,蒲城的陕西天文台初见雏形,1970年12月15日,天文台基本竣工,并开始向全国进行短波授时,自此,它承担起了我国标准时间频率产生和发播任务。这也就是如今临潼中科院国家授时中心的前身。
既然如此,为何后来要将钟房“大本营”迁至临潼呢?窦主任告诉我,这是技术发展的必然,“上世纪70年代后期,在短波发射台之后,长波发射台很快也在蒲城建立,但长波发射台功率非常大,电磁环境不好,会干扰和国际上进行比对的无线电信号收讯,用来‘守时’的原子钟保持的时间基准则要求相当精确,这样,就决定了‘守时’与‘授时’两套系统必然要分离开。”
因此上世纪80年代,陕西天文台本部从蒲城迁址临潼,并且在2001年的时候,被中央批准,正式改名为国家授时中心。
第一代科技人员的“工人”生涯
国家授时中心虽然位置稍偏僻,但这里的博士、硕士比比皆是。而30多年前,曾经是南京大学天文系的高材生、如今已近古稀之年的原陕西天文台老台长漆贯荣,正是在蒲城杨庄这个不为外人知的小地方,度过了自己年华中最好的岁月。
1968年,包括漆台长在内的27名以技术人员身份参建陕西天文台的年轻人,带着对理想的憧憬来到了蒲城,他们之中,除了4名中专生,其他23人,都是南京大学、北京邮电大学、南京邮电大学这些知名高校的天文、电子等专业毕业的高材生,其中大部分都是南方人。在那个大学生稀缺的年代,他们却踏上渭北这片陌生的土地。
“我是江苏人,来了以后真是不习惯,尤其是西北干燥的气候,半年都没适应,鼻子总出血,当时住在当地农民家里,睡觉前一定要在床头上放一大瓷缸水,只要一醒,不管三七二十一,第一件事情就是捧着搪瓷缸咕隆咕隆先把一缸水喝下去。而且这里基本每天都吃辣子夹馍、面片汤,一开始真受不了那种辣,后来吃惯了觉得还是蛮香的。”回忆往事,漆老哈哈一笑,丝毫看不出对当年的艰苦生活的埋怨。
由于天文台修建工作完全从零开始,因此一到蒲城,等待他们的并非科研工作,而是成堆的沙子、水泥这类基建材料。“每人就发一双白手套,也没有什么工具,没有假期,没有周末,不管早晚,只要车来了就立即去卸建材,以至于后来条件反射,一看见车来了,根本不用人叫,大家的第一反应都是去找自己的白手套。”
1970年10月,天文台建筑主体基本成形,天文仪器、原子钟以及短波授时系统一一到位,漆老他们的“白手套生涯”才算结束。虽然40多年生活在陕西,漆老的言谈仍难掩浓重的江苏口音。而当年与漆贯荣一起的那些年轻人里,有一半都在后来的岁月里留了下来。
如今,有200余名科研工作者在授时中心,如漆老那一代人一样,从事着北京时间繁缛的比对、监控、发布,以及对时频产品的开发、新技术的研发工作。
在量子频标实验室,记者见到了一位年轻的留法博士——常宏研究员,目前,已经归国的他正带着自己的学生们进行铯原子喷泉钟的研究和光钟的研究,“目前国际最先进的基准钟,是铯原子喷泉钟,光钟则是下一代极可能替代铯原子喷泉钟,成为基准钟的钟型。我们瞅着世界比较前沿的钟做实验,因为它们能在可预见的将来,代替现在所使用的钟,如果成功了,我国这方面的技术就能在国际取得领先地位。”
授时中心离你并不遥远
不少人认为挂着“中科院”门头的国家授时中心,进行的工作太过专业,与百姓的日常生活异常遥远。平常,问一句现在几点,我们不都是低头看一下腕上的手表,或者瞟一眼电脑的右下角,再或者掏出口袋里的手机,就知道了,所以知道国家授时中心这个单位的人很少。你忘了一个问题,我们所获得的这些时间,只是接受时间的“终端设备”,它们也必须听“授时中心”发出的指令,因为只有保持与国家授时中心发播的时间一致,才是最精准的北京时间。
而且,授时中心其实并非“不入凡间”,你甚至可以利用它,为你的电脑自动获取来自“北京时间”发源地的最标准时间。窦主任拉过电脑鼠标,点开一个网址,笑着说,电脑校时听似深奥,可实际上我们的电脑校时已经拥有了数以万计的用户,操作起来也很容易,登录国家授时中心“时间”网站后,进入“软件下载”栏目,下载网站中提供的名为“时间精灵”的插件软件并安装就可以了。每次校准只要点击按钮即可,而这,都是免费的。
此外,授时中心还在进行着一些“就在你身边”的有趣工作,不知你有没有注意到,2008年时间延长了1秒,这就是所谓的“润秒”。“闰秒”调时工作,就是由授时中心完成的。
为什么要给一年增加一秒呢?袁博士介绍,目前全球有世界时和原子时两个时间系统。前者以地球自转周期的天文观测为基准,后者则以原子钟得到的稳定原子振荡周期来确定“秒”的长度。由于地球自转速度不匀,天长日久,两者之间会出现细微差距。出现这种情况时,国际地球自转服务组织就负责在一年中添加或减少一秒,这就是所谓的“闰秒”。而各国的授时中心则要负责本国的闰秒协调工作。
也许普通人并不在意一年多一秒还是少一秒,但对航天、电子通信、全球定位系统而言,失之“一秒”,可真就是差之千里了!
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