科技
中國科學(xué)院國家授時(shí)中心：為“北京時(shí)間”讀秒
2025/01/02 09:28 來源：人民網(wǎng) 閱讀：1.4萬
“鐺鐺鐺……”新年的鐘聲敲響,，跨過“北京時(shí)間”零時(shí)整,，華夏大地迎來嶄新的2025年。
我國幅員遼闊,，不同地域的時(shí)間是如何做到分分秒秒同步,，各個(gè)角落的新年鐘聲又是如何做到準(zhǔn)點(diǎn)敲響？走進(jìn)位于中國科學(xué)院國家授時(shí)中心,，這些問題都將找到答案,。
打破技術(shù)壁壘
“北京時(shí)間”從陜西發(fā)出
什么是“授時(shí)”,？——這是許多人第一次聽聞“授時(shí)中心”的反應(yīng)?！按_定,、保持某種時(shí)間尺度，通過一定的通信手段把這種時(shí)間尺度的信息傳送出去,，供應(yīng)用者使用,，這一整套工作就是‘授時(shí)’?！眹沂跁r(shí)中心黨委書記竇忠介紹,，“授時(shí)”工作由來已久，《尚書·堯典》記載：“乃命羲和,，欽若昊天,，歷象日月星辰，敬授民時(shí),?！薄笆跁r(shí)”的稱謂，或許就來源于此,?！霸诠糯袊跁r(shí)’通常指授農(nóng)時(shí)節(jié)令,，所以說授時(shí)工作是與天文學(xué)相伴而生的,。”竇忠說,。
“授時(shí)”的概念看似陌生,，其重要性卻體現(xiàn)在國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的方方面面。電影《我和我的祖國》“回歸”篇中,，修表匠華哥以精湛的技術(shù)調(diào)校機(jī)芯,，幫助中英方代表與女港警的手表精確對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，為保障1997年7月1日0時(shí)0分準(zhǔn)時(shí)升起五星紅旗作出貢獻(xiàn),。在這里,，“對(duì)表”的意義，就是為了讓香港的回歸“一秒不差”,。通俗來講,，“授時(shí)”就類似于電影中的“對(duì)表”，用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間去校準(zhǔn)本地時(shí)鐘,。新中國成立后,，全國統(tǒng)一采用首都北京所在的東八時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)作為國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱為“北京時(shí)間”。其實(shí),，人們?nèi)粘Ｉ钪性缇土?xí)以為常的“北京時(shí)間”，發(fā)播的源頭并不在北京,，而在陜西,。
“1964年，我國第一顆原子彈爆炸成功后,，導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星加快研制,，這兩項(xiàng)工作都高度依賴精準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)?！备]忠介紹,，因戰(zhàn)略急需，國家明確提出“在西北地區(qū)建立無線電短波授時(shí)臺(tái)”,。按照“靠山進(jìn)洞”的原則,，短波授時(shí)臺(tái)最終確定的臺(tái)址在陜西省蒲城縣城西北金幟山?！爱?dāng)時(shí)的金幟山人跡罕至,，但一大批專家和大學(xué)生爭先從上海、南京,、北京等地來到渭北高原的這座小縣城,，共同創(chuàng)建新中國第一代專用授時(shí)臺(tái)，這就是‘326工程’,?！备]忠介紹。
為了一睹“326工程”的真實(shí)樣貌,，記者一行人乘車前往蒲城縣,。在距離縣城不遠(yuǎn)的金幟山上，可以看見一片上世紀(jì)六七十年代的老建筑,?！斑@里是‘326工程’短波授時(shí)臺(tái)舊址。現(xiàn)在我們看到的這些機(jī)房,，已于1998年隨著老短波授時(shí)臺(tái)的搬遷而停止使用,。”國家授時(shí)中心授時(shí)部主任段建文介紹,，短波授時(shí)臺(tái)“326工程”于1966年開始籌建,，在建設(shè)初期，廣大參建人員面對(duì)的是一無經(jīng)驗(yàn)借鑒,、二無技術(shù)積累的困境,。但正是憑借著“一塊石頭一塊石頭地搬，也要搬出一座天文臺(tái)”的斗志，短波授時(shí)臺(tái)于1970年如期竣工,?！皬拇耍覈鴵碛辛送耆?dú)立自主的專用授時(shí)系統(tǒng),，信號(hào)覆蓋半徑3000公里,，授時(shí)精度1毫秒（1毫秒為千分之一秒），并成為國際上主要的授時(shí)系統(tǒng)之一,?！倍谓ㄎ恼f。
從金幟山出發(fā),，不多時(shí)便到了蒲城縣橋陵鎮(zhèn)楊莊村,，此處是無線電長波授時(shí)臺(tái)所在地，也是當(dāng)前“北京時(shí)間”長波授時(shí)信號(hào)的發(fā)出地,?！昂教旒夹g(shù)發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對(duì)授時(shí)精度提出了更高的要求,，長波授時(shí)臺(tái)在此背景下開始籌建,。”段建文指著眼前呈四塔倒錐形的天線介紹,，“這就是長波授時(shí)系統(tǒng)的發(fā)射天線,。塔距400米，塔高206米,，還有7700平方米的地下發(fā)播機(jī)房,，工程量極其浩大、復(fù)雜,?！?983年，長波授時(shí)臺(tái)建成,，并正式承擔(dān)國家授時(shí)任務(wù),，信號(hào)覆蓋半徑1000公里，授時(shí)精度1微秒（1微秒為百萬分之一秒）,。長波授時(shí)臺(tái)的建成,，使我國陸基無線電授時(shí)精度由短波授時(shí)的毫秒量級(jí)提高到微秒量級(jí)，躋身世界先進(jìn)行列,。1988年,，被錢學(xué)森先生譽(yù)為“中國的一面大鐘”的長波授時(shí)系統(tǒng)獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。數(shù)十年過去,，如今的長短波授時(shí)臺(tái)經(jīng)過現(xiàn)代化技術(shù)改造升級(jí),，正以嶄新的面貌,，跳動(dòng)出時(shí)代的頻率脈搏。
為了滿足不同應(yīng)用需求,，各國在建設(shè)著不同的有線和無線,、天基和地基的授時(shí)系統(tǒng)?！叭缃?，我國是世界授時(shí)技術(shù)手段最全面的國家，較好地支撐著經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行,，保障著國家安全?！眹沂跁r(shí)中心主任張首剛說,，“為了進(jìn)一步提高授時(shí)的抗打擊能力和精度性能，通過融合現(xiàn)有授時(shí)系統(tǒng)和研制新的授時(shí)系統(tǒng),，我們還在建設(shè)著空天地立體交叉的國家授時(shí)體系,。”
貢獻(xiàn)大國力量
一秒背后的“技術(shù)長征”
對(duì)于從事時(shí)間工作的科學(xué)家而言,，他們眼里的“時(shí)間”是什么,？“授時(shí)工作包含了國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生保持、授時(shí)發(fā)播和接收用時(shí),?！备]忠介紹，“除了長短波授時(shí)系統(tǒng),，位于西安市臨潼區(qū)的國家授時(shí)中心目前還承擔(dān)著標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)產(chǎn)生和保持等守時(shí)環(huán)節(jié)的工作?！睒?biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和保持是授時(shí)發(fā)播的基礎(chǔ),。
標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的產(chǎn)生關(guān)涉著我們對(duì)“秒”的定義,?！皶r(shí)間的測(cè)量最開始是基于天文觀測(cè)——太陽在我們頭頂連續(xù)兩次通過時(shí)間間隔的八萬六千四百分之一，就是1秒,?！睆埵讋偨榻B，原子鐘面世后,，人們依據(jù)世界時(shí),，對(duì)原子躍遷頻率（周期）進(jìn)行了測(cè)量，基于原子鐘重新定義了時(shí)間基本單位“秒”,?！艾F(xiàn)行時(shí)間單位‘秒’的定義涉及銫原子鐘，電磁波振蕩頻率高達(dá)92億赫茲，準(zhǔn)確度達(dá)到幾億年誤差1秒,?！睆埵讋傉f。
在日常生活中,，“秒”是“嘀嗒”流逝的一瞬,；而在科學(xué)家眼中，“秒”是必須自主掌握的重要技術(shù),。在新中國成立前,，我國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和發(fā)播曾長期被外國人主導(dǎo)并把持；同樣,，在原子時(shí)時(shí)代的最初數(shù)十年里,，中國人也未能實(shí)現(xiàn)對(duì)“秒”的真正把控。
2005年,，剛從法國學(xué)成回國的張首剛只身來到國家授時(shí)中心,，主持原子鐘研制和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間研究。從“空白的團(tuán)隊(duì)”和“空白的實(shí)驗(yàn)室”,，到2012年張首剛團(tuán)隊(duì)終于自主研制出第一臺(tái)國產(chǎn)銫原子噴泉鐘,，此后第二、三臺(tái)原子噴泉鐘相繼問世,，9種不同應(yīng)用類型的原子鐘陸續(xù)研制成功,，其間經(jīng)歷過成百上千次的實(shí)驗(yàn)和推倒重來。
“一秒鐘”很短,，轉(zhuǎn)瞬即逝,；“一秒鐘”也很漫長，走過數(shù)十年技術(shù)“卡脖子”的歷史,，也跨越幾個(gè)量級(jí)精度的突破,。“如今,，我們對(duì)于1秒的測(cè)量,，可以精確到小數(shù)點(diǎn)后17位，我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生的自主可控和性能先進(jìn),，并對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生貢獻(xiàn)著大國力量,。”張首剛說,。
標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的保持與服務(wù)是關(guān)乎國計(jì)民生的一項(xiàng)基礎(chǔ)工程,。在國家授時(shí)中心時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，“國際原子時(shí)”“協(xié)調(diào)世界時(shí)”“北京時(shí)間”的數(shù)值時(shí)刻閃爍,?！皩?shí)驗(yàn)室的守時(shí)系統(tǒng)通過一組一定數(shù)量,、不同類型原子鐘的比對(duì)測(cè)量，計(jì)算駕馭產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的本地原子時(shí),，再通過我們的銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘校準(zhǔn)以及通過國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的每月校準(zhǔn),，形成既穩(wěn)定又準(zhǔn)確的地方原子時(shí)，最后通過原子時(shí)與世界時(shí)協(xié)調(diào),，產(chǎn)生本地系統(tǒng)保持的協(xié)調(diào)世界時(shí)和北京時(shí)間,。”時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室主任董紹武介紹,，“實(shí)驗(yàn)室的守時(shí)系統(tǒng)每天24小時(shí)不間斷連續(xù)運(yùn)行,、產(chǎn)生北京時(shí)間的物理信號(hào)?！眱商资貢r(shí)系統(tǒng)相互備份,，每時(shí)每刻都有專人值守，實(shí)驗(yàn)室還有專門的供電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況,，所有的以防萬一都是為了守護(hù)一代代科研人員視若生命的北京時(shí)間。據(jù)悉,，2017年以來,，北京時(shí)間與國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差一直在縮小，從原來的5納秒（1納秒為十億分之一秒）到現(xiàn)在的1.5納秒,，位居世界第二,。
再現(xiàn)精彩時(shí)光
地下迷宮變“時(shí)間遺產(chǎn)”
分秒積成的時(shí)間，是一個(gè)外延豐富的概念——有物理的時(shí)間,、生物的時(shí)間,、哲學(xué)的時(shí)間……置身國家授時(shí)中心，更能深刻體會(huì)到時(shí)間的不同存在,。近年來,，為使工業(yè)遺產(chǎn)資源得到合理保護(hù)和利用，國家授時(shí)中心與蒲城縣政府共同合作,，逐步開發(fā)利用長短波授時(shí)臺(tái)舊址,。“我們通過一年時(shí)間,，將長短波授時(shí)臺(tái)舊址的環(huán)境按照原有格局進(jìn)行恢復(fù),、整理和修復(fù)，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)時(shí)間博物館和科學(xué)家精神教育基地,?！倍谓ㄎ慕榻B。
時(shí)間中有科學(xué)的力量與歷史的分量,?；谄殉嵌滩ㄊ跁r(shí)臺(tái)舊址改建而來的時(shí)間博物館是全國為數(shù)不多的以時(shí)間為主題的博物館之一,，于2023年10月正式開館。主展館內(nèi)推出了“時(shí)間從哪來”和“寸尺光陰”兩個(gè)主題展,，以“授時(shí)”為主題,，集合了豐富的歷史文物和授時(shí)科技成果。段建文介紹,，開館1年以來,，博物館共接待參觀游客25萬余人次。
時(shí)間中更有精神的沉淀與生命的過往,?！俺鲇诎踩紤]，長波授時(shí)臺(tái)發(fā)播控制系統(tǒng)當(dāng)時(shí)是以經(jīng)得住核襲擊的建筑標(biāo)準(zhǔn)建在地下,。如今,，這座地下‘迷宮’已建設(shè)成為‘堅(jiān)守使命·為國授時(shí)’科學(xué)家精神教育基地?！逼殉强h委宣傳部副部長惠曙光介紹,，基地于2022年9月正式運(yùn)行，目前已接待參觀游客3.3萬人次,。在這里,，參觀者能夠于聲、光,、影中再睹老長波授時(shí)臺(tái)原貌,，切身感受苗永瑞等老一輩科學(xué)家為我國第一代長波授時(shí)臺(tái)從建設(shè)初期到完成國家一系列高精度授時(shí)發(fā)播任務(wù)的艱苦歷程，深刻體會(huì)“淡泊名利,、甘于清貧,、無私奉獻(xiàn)、科技報(bào)國”的“326精神”,。
工業(yè)遺產(chǎn)中還記錄著一代人用熱血和汗水寫下的奮斗歷史與青春故事,。在采訪過程中，記者遇見帶著家人來到長短波授時(shí)臺(tái)遺址參觀的屈阿姨,，50多年前,，她曾在短波授時(shí)臺(tái)工作過一段時(shí)間。再度回到曾經(jīng)工作生活過的地方,，屈阿姨心情激動(dòng)：“眼前的一切還是那么熟悉,，仿佛又將我?guī)Щ氐侥贻p時(shí)候，回到那段艱苦又充滿理想的精彩時(shí)光,?！币苍S，這便是工業(yè)遺產(chǎn)的魅力所在——老一輩科學(xué)家夜以繼日,、奮斗不息的崢嶸歲月,，一代代科研工作者堅(jiān)守使命,、為國授時(shí)的不懈追求，透過高大的天線群,、完好的設(shè)備間,，還有一張張記錄時(shí)光的老照片，感染著來此探尋時(shí)間奧秘的每一個(gè)人,。（記者 孟 揚(yáng) 張丹華 曹怡晴）