來源_中科院之聲

我們每個人都會伴隨著時間成長_時間是我們生活中永遠(yuǎn)無法脫離的物理量。從很小的時候_我們就認(rèn)識了鐘表_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_老師一定會判為正確答案。

可在時間科學(xué)中_按現(xiàn)在國際標(biāo)準(zhǔn)時間的規(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。

天文時間

遠(yuǎn)古人類的生活主要是“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)象自然就成了計時的基礎(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)作一個大表盤_那么天上的天體就好比鐘面上表示鐘點的數(shù)字。天體的位置天文學(xué)家已經(jīng)很好地測定過_也就是說這只天然鐘面上的鐘點數(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)鏡對準(zhǔn)相應(yīng)的天體時_天文學(xué)家就可以知道正確的時間了_這里的天體可以是太陽或其他恒星。

自17世紀(jì)以來_天文學(xué)家們以地球自轉(zhuǎn)作為計時的基礎(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)則變化和長期減慢_所以這種天文時每天只能精確到1×10-9秒。

原子時

社會的進步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使人們對時間的精度需求越來越高。隨著量子力學(xué)的發(fā)展_1955年英國皇家物理實驗室（NPL）造出了第一臺以原子能級間躍遷為基礎(chǔ)的銫原子鐘。原子鐘剛出現(xiàn)的時候_她的性能并沒有天文時那么準(zhǔn)_可幾年后她的準(zhǔn)確度就超過了天文時_因此_科學(xué)家們便開始研究如何利用原子鐘來進行守時_至今“原子時”已經(jīng)有60多年的歷史了。到了1967年_第13屆國際權(quán)度大會（CGPM）正式?jīng)Q定以原先天文時秒長為基礎(chǔ)_利用銫原子133同位素的兩個超細(xì)能級之間的9192631770次躍遷作為新的“秒長”定義。現(xiàn)在原子時的測量精度大大超越了天文時_滿足了許多現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展需求。

英國NPL的Parry和Essen正在操作銫原子鐘

閏秒

天文時和原子時的同時出現(xiàn)_使得時間以誰為準(zhǔn)便成了一個現(xiàn)實且必須要解決的問題。天文時是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的_她很適合我們的實際生活以及與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的許多科學(xué)領(lǐng)域_而原子時又以原子躍遷為基礎(chǔ)_她比天文時更加準(zhǔn)確且易于提供物理時頻信號_這兩者互有優(yōu)缺點。于是_從1972年開始_國際上綜合二者的特點正式推出了現(xiàn)在的國際標(biāo)準(zhǔn)時間“協(xié)調(diào)世界時（UTC）”。這國際標(biāo)準(zhǔn)時間是天文時與原子時“相互協(xié)調(diào)”的結(jié)果。_國際電信聯(lián)盟《ITU-R_TF。_460建議書》規(guī)定_“協(xié)調(diào)世界時”是在國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織（IERS）的協(xié)助指導(dǎo)下由國際權(quán)度局（BIPM）來維護的_具體過程為_BIPM負(fù)責(zé)國際原子時的計算_而IERS負(fù)責(zé)世界時的測量歸算_當(dāng)原子時與天文時將要相差0.9秒的時候_由IERS提前半年對外公布原子時在6月30日或12月31日向天文時靠近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實驗室來執(zhí)行。理論上講_閏秒有正有負(fù)_可現(xiàn)在地球沒有越轉(zhuǎn)越快_而總是越轉(zhuǎn)越慢。因此_自從實現(xiàn)閏秒以來_在閏秒時總是1分鐘變成61秒_而不是59秒。截止2016年12月_國際原子時已經(jīng)與協(xié)調(diào)世界時累積了37秒的差距。

瑞士日內(nèi)瓦國際電信聯(lián)盟總部

近年來的閏秒情況

我國閏秒的實現(xiàn)

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

中科院國家授時中心時間頻率基準(zhǔn)實驗室調(diào)整閏秒

中科院國家授時中心授時部調(diào)整閏秒

所以_按現(xiàn)在國際標(biāo)準(zhǔn)時間的規(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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