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　　上下四方曰宇,古往今來曰宙。請隨我們進(jìn)入“時(shí)間”的故事。

　　現(xiàn)代社會(huì)，人們在日常生活中如果需要知道時(shí)間，都會(huì)下意識的看看手機(jī)或者電腦上的時(shí)間。那古人沒有手機(jī)、沒有網(wǎng)絡(luò)，怎么獲取時(shí)間呢？

　　古人獲取時(shí)間的方法，要從“觀象授時(shí)”說起。即通過觀測日月星辰的天象運(yùn)轉(zhuǎn)來確定時(shí)間。

　　圖1. 北京古觀象臺（圖源：北京天文館）

　　我國授時(shí)的概念最早出現(xiàn)在《尚書·堯典》中“乃命羲和，欽若昊天，歷象日月星辰，敬授民時(shí)”。

圖2. 《尚書·堯典》的記錄（圖源：作者）

　　春夏秋冬四季的輪回轉(zhuǎn)變產(chǎn)生了“年”的概念，月亮的陰晴圓缺產(chǎn)生了“月”的概念，太陽的東升西落產(chǎn)生了“日”的概念。

圖3. 月相的變化（圖源：作者）

　　古人又將一日分為了十二個(gè)時(shí)辰，通過立桿測影，桿影每個(gè)時(shí)辰（2小時(shí)）移動(dòng)30°，對應(yīng)太陽每個(gè)時(shí)辰在天空中西移30°。所以看見太陽的位置，就可以確定時(shí)間，這也就是日晷的原理。每天正午日影的長度，也是不同的。日影最長的一天定為冬至日，日影最短的一天為夏至日，冬夏二至中點(diǎn)則為春分、秋分。

圖4. 正午時(shí)的日晷（圖源：作者）

　　當(dāng)負(fù)責(zé)通報(bào)時(shí)辰的工作人員，通過日晷知道了時(shí)辰，如何讓老百姓也知道現(xiàn)在是什么時(shí)候？應(yīng)當(dāng)勞作，還是宵禁？ 我國古人想到的辦法是晨鐘暮鼓。在鐘鼓樓，晨鐘暮鼓報(bào)時(shí)。早上敲鐘，城門打開，開始勞作。晚上擊鼓，宵禁開始，禁止隨意走動(dòng)。

圖5. 報(bào)時(shí)鐘鼓樓（圖源：作者）

　　清末民國初年，隨著城市的發(fā)展，晨鐘暮鼓的聲音已經(jīng)不能很好的覆蓋全城，這時(shí)候出現(xiàn)了午炮報(bào)時(shí)。北京德勝門東側(cè)的城墻上有一座炮臺，用來報(bào)時(shí)的“午炮”就架在那里。

圖6. 夜晚北京的德勝門城樓（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

　　炮臺有電話與北京觀象臺連通。每當(dāng)快到中午時(shí)，兩個(gè)值班人員分工合作，一人守在電話旁，聽電話里傳來的指令，另一人則揭開炮衣，裝好炮藥，手持點(diǎn)燃的長香，站在炮位上靜候指令下達(dá)。收到北京觀象臺通過電話發(fā)來的指令，炮臺上的人就馬上點(diǎn)燃炮藥。午炮發(fā)出的轟鳴聲響徹大街小巷時(shí)，人們就知道：現(xiàn)在是中午12點(diǎn)，趕忙對表矯正時(shí)間。

圖7. 德勝門城樓上的古炮（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

　　當(dāng)中國人正在使用午炮報(bào)時(shí)的時(shí)候，歐洲人開發(fā)出另外一種落球的報(bào)時(shí)方式。最先進(jìn)行落球報(bào)時(shí)的，是英國倫敦的格林尼治天文臺。每天13點(diǎn)整，天文臺鐘樓頂端的圓球準(zhǔn)時(shí)落下，附近海域停泊的船只據(jù)此調(diào)節(jié)船上的鐘表，然后帶著調(diào)好的鐘表升帆出海。

圖8. 格林尼治天文臺紅色落球報(bào)時(shí)（圖源：作者）

　　進(jìn)入現(xiàn)代后，隨著工業(yè)革命的開始，人們對時(shí)間精度的要求越來越高，隨著科技的進(jìn)步，人們逐步使用電信號進(jìn)行授時(shí)。 1902年，法國首先在巴黎艾菲爾鐵塔頂層進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)播長波無線電時(shí)號，呼號是FL，這次試驗(yàn)取得了成功。接著，德、英、美等國相繼試驗(yàn)，收到良好效果。于是，一個(gè)嶄新的無線電授時(shí)時(shí)代開啟了。

圖9. 通過艾菲爾鐵塔發(fā)射授時(shí)信號（圖源：作者）

　　我國主要在運(yùn)行的無線電授時(shí)系統(tǒng)，有呼號為BPM的短波授時(shí)系統(tǒng)，呼號為BPL的長波授時(shí)系統(tǒng)，以及呼號為BPC的低頻時(shí)碼授時(shí)系統(tǒng)。

圖10. BPM的授時(shí)精度為毫秒量級，信號覆蓋半徑超過3000公里（圖源：作者）

圖11. BPL的授時(shí)精度為微秒量級，信號覆蓋半徑超過1000公里。圖中的BPL長波授時(shí)臺模型彩車在1984年國慶35周年慶祝游行時(shí)通過天安門廣場，接受黨、國家領(lǐng)導(dǎo)人和全國人民檢閱（圖源：作者）

圖12. BPC的授時(shí)精度為毫秒量級，信號覆蓋半徑超過1000公里，BPC主要應(yīng)用于“電波鐘表”（圖源：作者）

　　現(xiàn)在人們熟知的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)際也是一種授時(shí)系統(tǒng)。衛(wèi)星提供的是授時(shí)信息，導(dǎo)航、定位信息則由接收機(jī)從授時(shí)信息導(dǎo)出。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時(shí)精度可達(dá)納秒量級，是目前應(yīng)用較廣的一種授時(shí)系統(tǒng)。 現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有中國的北斗系統(tǒng)、美國GPS系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)以及歐洲Galileo系統(tǒng)。 目前授時(shí)精度較高的系統(tǒng)則為光纖授時(shí)系統(tǒng)。我國正在建設(shè)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)”就是采用長波授時(shí)與光纖授時(shí)結(jié)合的方式覆蓋全國。長波授時(shí)精度優(yōu)于百納秒，光纖授時(shí)精度優(yōu)于百皮秒。

圖13. 高精度地基授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)示意圖（圖源：作者）

　　此外，人們在日常生活中接觸比較多的授時(shí)方式是網(wǎng)絡(luò)授時(shí)與電話授時(shí)，網(wǎng)絡(luò)授時(shí)精度為秒級，常見的電腦和手機(jī)均通過網(wǎng)絡(luò)獲取時(shí)間；電話授時(shí)精度也為秒級，人們通過撥打電話02983895117，即可獲得國家授時(shí)中心提供的電話語音報(bào)時(shí)服務(wù)。 我國的授時(shí)服務(wù)體系，經(jīng)歷了從無到有、從初級到較高級、從局域到全局的發(fā)展過程。目前，我國國家授時(shí)服務(wù)體系的建設(shè)和發(fā)展已經(jīng)具備一定基礎(chǔ)，可以滿足國防、經(jīng)濟(jì)等行業(yè)對時(shí)間頻率的基本需求。未來，我國的授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)將建成多源互補(bǔ)、立體交叉、全域覆蓋的體系，形成“星地互備，天空地一體化”的格局。

　　作者簡介：

　　李實(shí)鋒，中國科學(xué)院國家授時(shí)中心研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事授時(shí)方法與技術(shù)，時(shí)間同步，無線電導(dǎo)航等研究工作。

　　楊朝中，中國科學(xué)院國家授時(shí)中心副研究員，主要從事無線電授時(shí)、授時(shí)發(fā)播技術(shù)、授時(shí)發(fā)播系統(tǒng)建設(shè)等研究工作。