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【科学故事会】北京时间“争夺战”
2024-06-1719

一寸光阴一寸金,自古关于时间的名言数不胜数。时间是个神奇的东西,它看不见,也摸不着,却与我们的生活息息相关。世界上各个国家的时间叫法不一样,在中国,它有个响亮的名字——北京时间。然而北京时间的测量技术,曾在很长一段时间内,一直被外国“霸占”。于是,为了拿回北京时间的主导权,中国的科学家们开始了艰难而漫长的“时间争夺战”。


“北京时间”不来自北京



“滴、滴、滴——北京时间七点整。”

这个声音相信很多人都不陌生。那考你一个冷知识,你知道这个声音的源头是哪儿吗?

北京?不对,是西安!

奇怪,为什么明明叫“北京时间”,却来自西安呢?这就得从我们国家的授时中心开始说起了。

20世纪60年代初,出于国家建设和人们生产生活的需要,国家准备筹建一个专门的授时台站。这个授时台要满足两个条件,即安全和信号覆盖广。大家思来想去,最终把目光放在了西安。

西安位于中国内陆,就像一颗被安全包裹的心脏,从那儿产生的时间可以便捷快速地传送到祖国的各个地方。

既然如此,怎么不叫“西安时间”呢?

一方面当然是因为北京是我国的首都,以此为名最具代表性,另一方面是因为早在新中国即将成立之时,我们就确定了中华人民共和国的标准时间是北京所在的东八区区时。所谓标准时间,就是一个统一的时间标准。大部分国家只有一个标准时间,称为国家标准时间。虽然我国疆域辽阔,每个地方日升日落的时间不同,北京天黑的时候,新疆还天光大亮,但国家标准时间让一个国家的不同地方都用一个时间,方便了人们的日常生活和交流。

知道了北京时间的由来,那么,它具体是怎么产生的?


北京时间被“卡脖子”了



人类最早掌握时间是通过天文观测实现的,相应地也诞生了不少计时工具。比如大家耳熟能详的日晷,它上面那根细棒的影子,会随着太阳位置的变化,落到石盘上的不同位置,就像一个大型的表盘和指针。

然而,随着科技的发展,人们渐渐发现,仅靠天文观测获得的时间,好像不太准确。因为天文现象主要由地球自转产生,而地球受其他星体的影响,转动速度并不完全均匀,因此测出来的时间会存在细微偏差。

于是,为了让测量结果尽可能准确,科学家们请出了一位“实力帮手”——原子钟

天文观测搭配原子钟,两者协调,就能得到十分精准的时间了。

北京时间的产生,依靠的是铯原子钟。然而,这种原子钟的制造是一项十分先进的技术。在很长一段时间内,它都被牢牢掌握在美国的手中。我国要想产生并发播精准的北京时间,必须接受严苛的条件,以高额的费用,向美国购买相关的技术和设备。

北京时间被“拿捏”在外国人手里,成了变相的“美国制造”,真是太憋屈了!

而且,时间不只关乎日常,还关系到国家的导航、通讯、航空航天、国防军事等多方面。一个国家是否能研制出自己的原子钟,代表着相关领域的科研实力,更代表着保障国家安全的能力水平。

造出高水平的原子钟,刻不容缓!


造中国钟,掌握北京时间



1998年,西方国家的一名知名物理学家来到中国参观,知道中国正在攻克原子钟技术,有些不屑地说:“你们的原子钟实验过程是在靠‘碰运气’。”

这一轻描淡写的评价,如同一根刺扎在了中国科学家的心中,但他们并没有因此气馁,反而燃起了更蓬勃的斗志。其中有个叫张首钢的年轻人,立志一定要做出一台原子钟,长中国人的志气。

从法国学成归来后,张首钢进入了中科院国家授时中心工作。他组建了一个团队,专门进行原子钟研发与标准时间研究。

团队最初只有三个人,除了张首钢,其他人都没有接触过原子钟的研发。从零开始研制铯原子钟,过程异常艰难。更因为原子钟复杂的结构,每个小部件、每个小环节都需要花费大量心力。

微波泄露,一度是团队最头疼的问题。经过多次研讨和大量实验,他们选择了通过丝密封6处接口等技术,终于解决了泄露问题。可就是这么一个小环节,前后共花费了一年半时间。而一台原子钟的制造,要经历成百上千个类似这样的精细环节。

皇天不负有心人,从2005年到2015年,国家授时中心终于成功自主研制出了第一台铯原子喷泉钟。2018年和2022年,第二、三台铯原子喷泉钟也相继被研制出来。

此外,“造钟团队”还研发出了新型小铯钟,目前年产量120台左右,扭转了依赖进口的局面。北京时间彻底实现了自主可控!

那位说中国靠“碰运气”的外国科学家,在2019年的一次学术年会上,看到中国所取得的成就时,也由衷表示了肯定和钦佩。

如今,我国的时间计量体系稳定可靠,为国家的各个领域提供了准确的时间基准。全世界90个国家和地区中,北京时间的性能、准确度、稳定度,排名世界前三。纵观全球,只有中国和美国,能够完全拥有国家标准时间产生所需要的原子钟研发技术。

回顾漫长征途,从落后到领先,科学家们在实现北京时间自主可控的道路上付出的不懈努力,让我们深刻地明白,看似寻常的时间背后,意义厚重。

让我们共同努力,守护好这一宝贵的时间资源,不负韶华,为我们的社会和国家的发展贡献自己的力量吧!

小知识

·授时:通过不同技术手段,把时间信号发送到使用者手中。

·原子钟:诞生于20世纪50年代,由美国国家物理实验室的埃森和帕里合作建造完成。原子钟是目前世界上最准确的计时工具。它利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时,这种电磁波非常稳定。常见的原子钟有铯(sè)原子钟、氢原子钟、铷(rú)原子钟等。

·金属铟:具有很好的低温性能,铟丝密封常常应用于低温环境真空密封。

·铯原子喷泉钟:因为铯原子在工作过程中会像“喷泉”一样升降,所以得名。

·小铯钟:小型铯原子钟。

来源:《科学故事会》2024年6月刊



排版:沈 丹

编辑:闫进芳

审定:李红林

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