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材料:
古时,人们“ 日出而作, 日入而息 ”,我们的祖先很早就以太阳升落和高低来判断时间,安排生产生 活。圭表是最早的天文测量仪器之一,它是通过观测太阳投影的长短来测节气、定农时的,也可以用来测 定一天当中的正午时刻。我国南北朝时期,有一种计时工具叫“秤漏 ”。它有一个盛满水的大桶,通过一 根细管把大桶的水引入另一个小水桶中,通过称它的重量就实现了时间测量。现在我们知道,它利用的是 虹吸原理。虹吸过程中,水流有较好的均匀性,秤漏的计时精度也就相对较高。我们看到的太阳每天东升 西落,其原因是地球在自转。天文学家使用望远镜等观星仪器,通过观测恒星,并结合地球相对稳定的自 转特性,能够提供较为准确的时刻,即“世界时 ”,世界时的一天就是太阳两次过头顶的时间间隔。
今天我们为什么需要更精确的时钟呢? 由于地球自转速率受月球等天体摄动的影响(如存在着潮汐现 象), 以及天文观测的技术能力限制,世界时的测量远不能满足人类发展航天技术、精密测地等需求。随 着量子力学的发展,实验发现,一些分子和原子内部的量子跃迁能够产生周期非常稳定的信号,非常适合 时间测量,于是原子钟就成了最早应用量子力学研制的测量仪器。为了解决天体摄动的影响,人们引入另 外一种非常重要的时间尺度,叫“协调世界时 ”,它利用原子时的均匀性,采用原子时的“秒长 ”,而在 “时刻 ”上尽量靠近世界时。当它与世界时的偏差接近 0.9 秒时,全世界在同一时间,统一对协调世界时 进行加 1 秒或减 1 秒的调整,这就是我们所说的“ 闰秒 ”。1972 年,协调世界时正式成为国际标准时间。 有了国际标准时间,我们为什么还要产生我们自己的北京时间?那是因为国际标准时间不是一个实际的物 理信号,是滞后一个月发布的一个纸面数据。而我们需要的是真正能实时应用的实际物理信号,来做到“守 时 ”。所以北京时间是国际标准时间在中国的一个具体实现,是中国版的协调世界时。
国家授时中心使用 40 多台守时型原子钟,综合产生连续稳定的原子时,利用铯原子喷泉基准钟对其进 行校准,并按照国际统一部署进行闰秒,与世界时进行协调,形成我国的标准时间,即北京时间。我们的 原子钟每天参与国际比对,正常情况下,我们应用滞后 1 个月的反馈数据进行校准,这样就实现了北京时 间与国际标准时间的一致性,专业上称“时间溯源 ”。各国标准时间都是这样产生的。
各国的标准时间都需要进行国际比对,正常情况下,国际权度局一个月给出一个结果,我们用它来校 准北京时间。如果国际比对链路中断,我们的时间就可能会出现误差。因此需要一台比守时原子钟更精准、 能够连续运行 15 天以上的基准钟,实现对北京时间的自主校准。 目前,国际上的基准钟是铯原子喷泉钟。 经过不懈努力,我们研制了具有独立知识产权的铯原子喷泉钟,使北京时间有了自主的校准能力,保证了 它的准确性,打破了国外超高细度光学腔的加工和镀膜技术的垄断。后来,国家授时中心联合企业,一起 制造了世界首款新型守时型原子钟产品——激光抽运小铯钟,已应用在北斗卫星导航系统上,也装备在国 家标准时间产生与保持系统上,打破了国外的长期独家垄断。2020 年,国家授时中心建立了多手段融合的 世界时测量系统,实现了世界时自主测量。2021 年 11 月,三台激光抽运小铯钟在国际标准时间计算中取得 权重,并被国际权度局推荐给各国,用于其标准时间的产生。
如何能够把时间信号发送给不同地方的用户呢?这就需要“授时 ”。“授时 ”由来已久,古代的“授 时 ”通常是指授农时节令。在农耕时代,适时的播种和收割是关系着经济收入和社会稳定的大事。在古代 社会,钟鼓楼应该是城市建设的标配,一般是位于市中心的最高建筑,通过晨钟暮鼓进行报时。在影视中 常常能看到打更,更夫每天晚上要守着香钟或者滴漏等,到了更时进行巡夜,并通过打梆子或敲锣进行报 时,这是我国古代的一种夜间报时制度。现代的“授时 ”是利用包括网络、无线电短波、无线电长波、卫 星等传播技术发播标准时间。围绕经济建设和国防建设需求,我国在陕西蒲城建设了专用短波授时台,满 足天文观测的应用,但这样的授时精度不能满足“两弹一星 ”及其他应用需求。为此,国家授时中心建设 了长波授时系统。现在,我国建立了比较完备的授时系统,用多种手段发播北京时间,基本满足了我国各 行各业的不同需求。
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用负责任态度,做更好的教育
时间的精度只有做不到,没有用不到。从古至今,人类追求时间精度的步伐从未停止,可以说,人类 研究时间测量的过程也是人类社会进步的过程。
(摘编自张首刚《时间在哪儿?》)
问题:
(1)“北京时间 ”的意义是什么?请结合文本,简要概括。(4 分)
(2)根据第四段,我国在“守时 ”方面有哪些创新产品,分别有什么作用?请结合文本,简要分析。 (10 分)
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