北京时间,到底是哪里的时间?


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我国地域辽阔,东西相跨5个时区

人们常在新闻里听到的北京时间播报

实际上并不是北京的地方时

而是从国家授时中心发播的标准时间


那今天我们就来聊聊“时间”

首先,我们先从最基本的一个问题入手

北京时间,到底是哪里的时间?_第1张图片

这是电影《大话西游》里的一个镜头

当你看完这一幕经典的眨眼动图之后

时间过去了四秒

这四秒是怎么算出来的,其中每一秒有多长?

01

一 秒 到 底 有 多 长 ?


人类最早对时间概念的认知不是年,不是月

而是日

远古时代,没有任何东西能像

日出黎明降于大地带来光明和温暖

以及日落带来黑暗与寒冷一样

能够深刻地影响人类的生存

太阳东升西落,周而复始

在如此天然、强烈的变化周期的影响下

人们逐渐产生了日的概念

因此在人类的历史中,“秒”在很长一段时间里

被定义为一个平太阳日的1/86400(60x60x24)




平太阳日



天空中的太阳连续两次出现最大仰角(90°)所经历的时间为一个太阳日。由于每个太阳日长短不一,故取一年中各太阳日的平均值,为平太阳日。


但由于地球在自转轴上的自转不稳定

导致按照这种方法计算得出的一秒的时长

会出现长短不一的情况

随着近代天文学、测量学以及空间科学的发展

意味着我们需要更加精准的时间

因此,就要有超级精密的仪器来提供

原子钟就是这样一种利用

原子超精细结构跃迁能级具有稳定的频率的特点

而发展出的高精度的计时装置


北京时间,到底是哪里的时间?_第2张图片


原子钟的概念最早由开尔文勋爵于1879年提出

利用的原子不同,原子钟也各不相同

这其中以铯钟精度最高

1955年,第一个精确的原子钟由路易斯·埃森

根据铯-133的跃迁制成于英国国家物理实验室


北京时间,到底是哪里的时间?_第3张图片 北京时间,到底是哪里的时间?_第4张图片

第一台原子钟及其原理图


1967年,随着原子钟的发展

国际计量委员会在第13届国际计量大会上

将时间“秒”进行了重新定义:

铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡 9192631770周所持续的时间

至此,时间的计量完成了

从天文到物理,从宏观到微观的转化

这个转化也标志着

我们在时间轴上的雕刻越来越精细了


如果觉得上面的概念理解起来有些困难

那地理君来举几个例子

具体到一秒钟之内可以发生多少事情呢?

北京时间,到底是哪里的时间?_第5张图片

蜂鸟能够振翅55次

“飞人”博尔特在百米跑道上前进了10.438米

地球从太阳接收了486亿千瓦小时的能量


当然,还有更为标准、具体的

就是每天新闻联播之前的五秒北京时间倒数计时


说到这里有一个冷知识

不知道大家有没有注意过,那就是

02

北 京 时 间 不 是 北 京 的 地 方 时 间


我们常在新闻中听到的“北京时间”

是我国行政管理、生产、交通运输等工作的

时间计量标准

但这个时间并不是北京的地方时

在我们普遍的认知中,中午12点时

太阳光下物体的影子最短

而当收音机里播出“北京时间12点整”时

在北京地方所看到的物体影子还有点偏西

要再过约14分钟后,才见到最短的物体影子

北京时间,到底是哪里的时间?_第6张图片

而我国地域辽阔,东西相跨5个时区

授时中心的选择要尽量选在

靠近中国大地原点附近且地势开阔的地方

所以我国授时中心授时部的位置

最终确定在位于陕西渭南市的蒲城县

这里距离中国大地原点只有100公里

从这里发出标准时间信号,可以更好的覆盖全国

所以真正的北京时间其实是从陕西省发出的


北京时间,到底是哪里的时间?_第7张图片


在这里国家授时中心利用一组原子钟

建立并保持高精度时间标准

通过一定手段把标准时间信息发播出去供用户使用

称为“授时”

我国标准时间的传送方法包括

短波授时、长波授时、卫星授时、电话授时等方式


北京时间,到底是哪里的时间?_第8张图片

卫星导航系统出现后,作为强大的授时工具,将授时应用推向了各行各业,图为北斗星座示意图,图源北斗卫星导航系统官网。


其中卫星授时属于天基授时系统

我国目前的卫星授时由北斗卫星导航定位系统承担

该试验系统的时间由国家授时中心标校

与国家授时中心的协调世界时保持一致

电话授时即利用电话网络传送标准时间

拨打国家授时中心语音报时服务服务专线

可以听到音频脉冲“嘟”声作为“秒信号”提示音

以及“ xx时xx分xx秒”的语音提示


今天,我们可以借助各种计时工具、软件

来精确地知晓时间,但你有没有想过

在没有以上明确关于时间定义的中国古代

人们是如何知晓时间的?

03

中 国 古 代 有 哪 些 计 时 工 具 ?



圭 表

圭表是一种古老而简单的天文仪器

由表和圭两个部分组成

表是垂直立于圭南端的标杆或石柱

圭是正南正北平放置的尺

最初圭表用于测定方向,后来人们发现

还可通过测出圭表正午时影子的长短以确定节气


北京时间,到底是哪里的时间?_第9张图片

图源《如果国宝会说话》


上图为圭表在夏冬至和春秋分的影长示意图

我国早在周代时就已经使用圭表

来确定冬至和夏至

连续两次日影最长(冬至)或最短(夏至)

之间的时间间隔就是一个回归年的长度


北京时间,到底是哪里的时间?_第10张图片


1279年,元代天文学家郭守敬在河南登封

设计并建造了一座测影台——河南登封观星台

它是中国现存最早的古代天文台

整个观星台相当于一个测量日影的圭表

高耸的城楼式建筑相当于竖在地面的杆子,为“表”

台下南北方向类似长堤的构造相当于尺子,为“圭”


后来人们发现还可以通过观察一天之中

表的影子角度的变化来判断日出、日中到日落

以定出一天之内的时间

这种“表”加上一个刻有放射状时刻线的圆形石盘

就演变发展成后来的日晷



日 晷

北京时间,到底是哪里的时间?_第11张图片


《说文解字》中对于日晷这样解释:

晷,日景也

日景,也就是日影,意思是太阳的影子

早期人们以竹竿的影子为表针,大地为表盘

这实际上就是日晷最早的雏形

——地平式日晷

即晷面与大地平面平行,晷针与晷盘垂直指向天顶

但这种日晷有一个弊端

影子的长度会随着四季寒暑变化

不利于准确读取时间

于是,人们发明了最常用的赤道式日晷

北京时间,到底是哪里的时间?_第12张图片

故宫里的赤道式日晷

这种日晷的晷面与赤道平面平行

晷针一端指向北天极,也就是北极星附近的位置

另一端指向南天极

这样就避免了晷针的影子长度随季节而改变

太阳光照在日晷上时,指针的影子会投到晷面

晷面刻度均匀,当太阳由东向西移动

指针影子也慢慢地由西向东移动



漏 刻

漏,是指盛水漏壶,用于泄水或盛水

刻,是指划分一天的时间单位

所以,通过名字我们便可知道他的工作原理

即通过漏壶的浮箭来计量一昼夜的时刻

北京时间,到底是哪里的时间?_第13张图片


漏刻使用时,把水注入漏壶内

水便会从壶孔中流到水壶下放置的容器中

容器内有一根刻有时刻的标竿,称为箭

箭下以一只船相托,浮于水面

当水流出或流入壶中时,箭杆相应下沉或上升

从盖孔处看箭杆上的标记,就能知道具体的时刻


北京时间,到底是哪里的时间?_第14张图片

图源故宫博物院


现藏于北京故宫博物院的兽耳八卦铜壶滴漏

就是利用活塞抽水的功能

将受水壶内的水重新抽到播水壶中

从而往复使用壶中的水,进而改进了传统多级漏刻

这件铜壶滴漏具有近代半机械性能

也是清宫制作漏刻的一次革新


实际上除了圭表、日晷、漏刻这类计时工具

中国古代还有许多有意思的计时工具,像:

沙漏、一盏茶、一炷香等间接的时间衡量工具

试想,在一炷香燃尽的过程中静静体验时间的流逝

一定别有一番韵味


在历史长河的中

计时工具的发展始终伴随着社会的进步

从原始的间接计时工具

到现在计时精度达到几亿年不差一秒的原子钟

人类还在为更高的精度孜孜追求

纵览计时工具发展的历程

也是一部社会科技进步的历史




参考资料:

中国科学院国家授时中心 http://www.ntsc.ac.cn/

镂刻时间轴. 《博物》2007年04期


话题

你还知道那些古人计时的方法?


- END -

编辑 | 尹诗画

图源 | 视觉中国、网络



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