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    光明日报 2015年06月29日 星期一

    北京时间7月1日早上8时,全国的钟表将调慢1秒钟——

    为什么时间会多出1秒

    作者:本报记者 陈海波 《光明日报》( 2015年06月29日 06版)
    图为中国计量科学研究院研制的我国国家秒长铯原子喷泉基准钟。我们平时使用的协调世界时和北京时间,目前已比原子时“慢”了35秒。本报记者 陈海波摄

        根据国际地球自转服务组织公告,格林尼治时间6月30日全世界的时间将多出一秒,即闰秒。地处东八时区的中国,将在北京时间7月1日早8时增加1秒,全国的钟表将调慢一秒钟。

     

        为什么时间会多出一秒?这多出的1秒有必要吗?26日,记者走进了中国计量科学研究院,从事时间频率研究的计量科学家们给出了解答。

     

    这是第26次闰秒

     

        中国计量院时间频率所守时室主任张爱敏介绍,人类计时起初用的是天文时或天文秒,即借助天文观测得到地球自转的平均周期(日长),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。不过,由于地球自转速率不稳定,时快时慢,天文时并不稳定。20世纪中叶,随着量子理论的诞生和发展,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。在1个天文秒里,他们数出铯原子的133同位素“振动”了9192631770次,于是铯原子辐射9192631770周期定义为1原子秒。

     

        原子时基于铯原子振荡周期确定,因此相对恒定不变。天文时则取决于地球自转的速率,会随地球自转速率的变化而变化。随着时间的推移,科学家发现两者逐渐出现了偏差。

     

        “当这个偏差达到0.9秒时,国际地球自转服务组织就会向全世界公布,在下一个6月或12月最后一天的最后一分钟,把时间拨快或拨慢1秒,这就是‘闰秒’。”张爱敏解释。

     

        这个被“拨动”过的时间才是我们目前所使用的时间,国际上将其称之为协调世界时。

     

        “协调世界时是原子时和天文时之间的‘妥协’和‘折中’。”中国工程院院士、中国计量院研究员李天初说,1971年国际计量大会通过决议,将协调世界时作为全世界通用的标准时间。

     

        1972年,协调世界时正式启用,当年6月世界上实施了第一次闰秒。最近一次闰秒在2012年,期间共进行了25次闰秒调整,而且都是正闰秒(即加一秒),也就是说协调世界时一共增加了25秒。如果从1961年原子时开始计时算起,协调世界时比原子时一共慢了35秒。可见,地球自转越来越慢了。

     

        今年6月30日将是第26次闰秒,而且还是正闰秒。英国是零时区,将在6月30日最后1秒实施闰秒。由于我国采用的是东八时区的北京时间,所以将在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。

     

    闰秒可能被取消

     

        设立闰秒的初衷是为了保持原子时和天文时的一致。但随着闰秒的实施,科学界开始反思:为什么一定要保持这种一致?取消闰秒的呼声逐渐高涨。

     

        “过去十多年来,很多人都在宣传闰秒带来的正面影响,闰秒的副作用却被忽视了。”李天初说。

     

        由于地球自转速率的变化不可预测,使得闰秒没有规律,只能依靠人工干预。但人工调时间不是更改一个数字或转动手表旋钮而已,需要进行一系列精细操作,不仅耗费人力物力,而且存在误操作的风险。

     

        更重要的是,闰秒在众多领域,尤其是许多新近发展的现代科学技术中逐渐显现出负面作用。“比如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。”李天初说。

     

        如果取消闰秒,在原子时和天文时之间“折中”的协调世界时将回归原子时,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。

     

        那如果取消闰秒,会有什么不利之处?

     

        “不会给人们的日常生活带来影响。”他解释,在人们的日常生活中,如果使用的时间和日出日落相差几分钟,甚至两小时(就像乌鲁木齐时间),几乎不会带来显著不便。

     

        日常生活不会有影响,那科学研究呢?国外研究人员曾在物理学、天文学等科学界做过调研,很多科学家第一反应都是反对取消闰秒,但没人能举证取消闰秒会有害的实例。“是否取消闰秒已不仅仅是一个单纯的科学问题。”李天初表示。

     

        新世纪以来,许多国家开始研究取消闰秒的可行性。2007年,国际计量组织以多数票通过了取消闰秒的建议,质检总局代表中国支持取消闰秒。2015年11月,国际电信联盟举办的世界无线电大会将就取消闰秒进行表决。

     

    秒定义也将修改

     

        尽管呼吁取消闰秒的呼声很高,但这并不意味着各国放弃对时间准确性的追求。事实上,对时间准确性和稳定性的追求是各国矢志不渝的努力。

     

        李天初介绍,目前全世界最好的铯喷泉基准钟的准确度已达到6000万到8000万年不差一秒。作为我国的国家秒长基准装置,中国计量院研制的NIM5铯喷泉钟基准钟准确度已达到2000万年不差一秒,正在研制的NIM6将达到6000万年不差一秒。

     

        科学家还正在计划修改秒定义。“现行的秒定义在微波频段,而光学频率比微波高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。”李天初说,更稳定更准确的时间在一些物理定律的验证、深空探测、自主导航飞行等方面,将发挥重要作用。

     

        目前,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年讨论修改秒定义。中国计量院从2005年开始研制锶原子光晶格钟,并已获得第一组实验数据,在今年9月召开的国际时间频率咨询委员会上将展示中国光钟研究的进展。(本报记者 陈海波)

     

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