原子时、协调世界时、闰秒.docx

原子时原子时：ATI（international atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准的时间计量系统1。原子时的初始历元规定为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯 -133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间 。这是一种均匀的时间计量系统。由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原子时已取代历书时作为基本时间计量系统 。原子时的秒长规定为国际单位制的时间单位，作为三大物理量的基本单位之一。原子时由原子钟的读数给出。国际计量局收集各国各实验室原子钟的比对和时号发播资料，进行综合处理，建立国际原子时。 由原子钟（见天文时计）导出的时间叫原子时，简称AT。它以物质内部原子运动的特征为依据。 原子时计量的基本单位是原子时秒。它的定义是：铯原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。1967年第十三届国际计量大会决定，把在海平面实现的上述原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。 原子时起点定在1958年1月1日0时0分0秒（UT），即规定在这一瞬间原子时时刻与世界时刻重合。但事后发现，在该瞬间原子时与世界时的时刻之差为0.0039秒。这一差值就作为历史事实而保留下来。在确定原子时起点之后，由于地球自转速度不均匀，世界时与原子时之间的时差便逐年积累。 根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供原子时。由各实验室用足够精确的铯原子钟导出的原子时称为地方原子时。目前，全世界大约有20多个国家的不同实验室分别建立了各自独立的地方原子时。国际时间局比较、综合世界各地原子钟数据，最后确定的原子时，称为国际原子时，简称TAI。TAI的起点是这样规定的：取1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒TAIs。 原理根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的。 30年代，拉比和他的学生们在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在这里，他们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步。在其研究过程中，拉比发明了一种被称为磁共振的技术。依靠这项技术，他便能够测量出原子的自然共振频率。为此他还获得了1944年诺贝尔奖。同年，他还首先提出“要讨论讨论这样一个想法”（他的学生这样说道），也就是这些共振频率的准确性如此之高，完全可以用来制作高精度的时钟。他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率。这种超精细跃迁指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁。 在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到另一状态的跃迁。通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。 应用人们日常生活需要知道准确的时间，生产、科研上更是如此。人们平时所用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的。原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了。现在用在原子钟里的元素有氢、铯(s)、铷(r)等。原子钟的精度可以达到每100万年才误差1秒。这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。协调世界时协调世界时，又称世界统一时间，世界标准时间，国际协调时间，简称UTC。它从英文“Coordinated Universal Time”/法文“Temps Universel Cordonn”而来。简介协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。 中国大陆采用ISO 8601-1988的数据元和交换格式信息交换日期和时间表示法（GB/T 7408-1994）称之为国际协调时间。 中国台湾采用CNS 7648的资料元及交换格式资讯交换日期及时间的表示法（与ISO 8601类似）称之为世界统一时间。 历史国际原子时的准确度为每日数纳秒，而世界时的准确度为每日数毫秒。对于这种情况，一种称为协调世界时的折衷时标于1972年面世。为确保协调世界时与世界时相差不会超过0.9秒，在有需要的情况下会在协调世界时内加上正或负闰秒。因此协调世界时与国际原子时之间会出现若干整数秒的差别。位于巴黎的国际地球自转事务中央局负责决定何时加入闰秒。一般会在每年的6月30日、12月31日的最后一秒进行调整。 用处这套时间系统被应用于许多互联网和万维网的标准中，例如，网络时间协议就是协调世界时在互联网中使用的一种方式。 在军事中，协调世界时区会使用“Z”来表示。又由于Z在无线电联络中使用“Zulu”作代称，协调世界时也会被称为Zulu time。 中国大陆、中国香港、中国澳门、中国台湾、蒙古国、新加坡、马来西亚、菲律宾、西澳大利亚州的时间与UTC的时差均为+8，也就是UTC+8。 补充知识1.原子时以精确的秒的定义为基础的时间 英文：IAT（international atomic time）（即国际原子时） 原子时计量的基本单位是原子时秒，由原子钟导出。 原子时秒的定义是：铯 -133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间 。1967年第十三届国际计量大会决定，把在海平面实现的上述原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供原子时。由各实验室用足够精确的铯原子钟导出的原子时称为地方原子时。目前，全世界大约有20多个国家的不同实验室分别建立了各自独立的地方原子时。国际时间据比较、综合世界各地原子钟数据，最后确定的原子时，称为国际原子时，简称TAI。TAI的起点是这样规定的：取1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒TAIs。（事后发现，在该瞬间原子时与世界时的时刻之差为0.0039秒。这一差值就作为历史事实而保留下来。) 在确定原子时起点之后，由于地球自转速度不均匀，世界时与原子时之间的时差便逐年积累。由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，自1967年起，原子时已取代历书时作为基本的时间计量系统。 2.恒星时以恒星为基础的相对于原子时不十分精准的时间 英文：ST（sidereal time） 恒星时是天文学和大地测量学标示的天球子午圈值，是一种时间系统，以地球相对于恒星的自转周期为基准的时间计量系统：即从某一恒星升起开始到这一恒星再次升起。 春分点相继两次上中天所经历的时间称为恒星日，等于23时56分409秒平太阳时，并以春分点在该地上中天的瞬间作为这个计量系统的起点，即恒星时为零时，用春分点时角来计量。为了计量方便，把恒星日分成24个恒星小时，一恒星小时分为60恒星分，一恒星分分为60恒星秒。所有这些单位统称为计量时间的恒星时单位，简称恒星时单位。按上述系统计量时间，在天文学中称恒星时。 真恒星时：考虑地球自转不均匀的影响。 平恒星时：不考虑地球自转不均匀的影响。 3.太阳时以太阳为基础的相对于原子时不十分精准的时间 英文： MT（mean solar time） 简称“平时”，也就是我们日常生活中所使用的时间。 真太阳日：太阳连续两次经过上中天的时间间隔，称为真太阳日。我们知道，地球沿着椭圆形轨道运动的，太阳位于该椭圆的一个焦点上，因此，在一年中，日地距离不断改变，一年四季的真太阳日长短不等。根据开普勒第二定律，行星在轨道上运动的方式是它和太阳所联结的直线在相同时间内所划过的面积相等，可见，地球在轨道上做的是不等速运动，这样一来，一年之内真太阳日的长度便不断改变，不易选做计时单位，于是引进平太阳的概念。 平太阳日：天文学上由一个假定的太阳（平太阳）在天赤道上（而不是在黄赤道上）作等速运行，其速度等于运行在黄赤道上真太阳的平均速度，这个假想的太阳叫平太阳，这个假想的平太阳连续两次上中天的时间间隔，叫做一个平太阳日，这也相当于把一年中真太阳日的平均称为平太阳日，1平太阳日有分为24平太阳时等等。通常所谓的“日”和“时”，就是平太阳日和平太阳时的简称。平太阳在该地下中天的瞬间作为平太阳时零时。 4.地方时各个地方的太阳时 英文： local mean time 地方平时：地方时的一种，地方平太阳时的简称。 5.世界时以本初子午线的平子夜起算的平太阳时 英文：UT（universal time） 以本初子午线的平子夜起算的平太阳时。又称格林尼治平时或格林尼治时间。各地的地方平时与世界时之差等于该地的地理经度。1960年以前曾作为基本时间计量系统被广泛应用。由于地球自转速度变化的影响，它不是一种均匀的时间系统。后来世界时先后被历书时和原子时所取代，但在日常生活、天文导航、大地测量和宇宙飞行等方面仍属必需；同时，世界时反映地球自转速率的变化，是地球自转参数之一，仍为天文学和地球物理学的基本资料。 6.历书时已被原子时取代 英文： ET（Ephemeris time） 描述天体运动的方程式中采用的时间或天体历表中应用的时间。它是由天体力学的定律确定的均匀时间又称牛顿时。由于地球自转的不均匀性1958年国际天文学联合会决议自1960年开始用历书时代替世界时作为基本的时间计量系统并规定世界各国天文年历的太阳月球行星历表都以历书时为准进行计算。 历书时的定义 原则上对于太阳系中任何一个天体只要精确地掌握了它的运动规律都可以用来规定历书时。十九世纪末纽康根据地球绕太阳的公转运动编制了太阳历表至今仍是最基本的太阳历表。因此人们把纽康太阳历表作为历书时定义的基础。历书时秒的定义为1900年 1月0日12时正回归年长度的1/31556925.9747历书时起点与纽康计算太阳几何平黄经的起始历元相同即取1900年初太阳几何平黄经为279414804的瞬间作为历书时1900年1月0日12时整。 1967年起已用原子时代替历书时作为基本的时间计量系统，但在天文历表上仍用历书时。1976年的第十六届国际天文学联合会决议，从1984年起天文计算和历表上所用的时间单位，也都以原子时秒为基础。 7.格林尼治标准时（GMT）格林尼治标准时间（Greenwich Mean Time，GMT）是指位于伦敦郊区的皇家格林尼治天文台的标准时间，因为本初子午线被定义在通过那里的经线。 理论上来说，格林尼治标准时间的正午是指当太阳横穿格林尼治子午线时的时间。由于地球在它的椭圆轨道里的运动速度不均匀，这个时刻可能和实际的太阳时相差16分钟。 地球每天的自转是有些不规则的，而且正在缓慢减速。所以，格林尼治时间已经不再被作为标准时间使用。现在的标准时间协调世界时（UTC）由原子钟提供。 自1924年2月5日开始，格林尼治天文台每隔一小时会向全世界发放调时信息。而UTC是基于标准的GMT提供的准确时间。 GMT（Greenwich Mean Time）格林尼治标准时间，格林尼治标准时间是19 世纪中叶大英帝国的基准时间，同时也是事实上的世界基准时间。当时主要为了1840 年之后的铁路系统服务。它以格林尼治天文台的经线为0 度经线，将世界分为24 个时区，除了在特定时期受到仇外心理、民族主义和某些反英心绪的影响之外，它的地位一直未曾动摇。 8.GMT和UTC的区别GMT 手表就是可以显示两个或两个以上时区时间的手表。无论用什么方式，显示多个时区最直接的方法就是在一个表壳里装多枚机芯。不过最经济也最常见的方法还是附加一个带有12 小时或24 小时时标刻度的旋转表圈。旋转表圈的使用方法很简单，将表圈上对应第二时区时间的数字对齐表盘的时针即可，如果表盘时间是伦敦时间，那么将表圈顺时针转动 一小时，指示的就是欧洲大陆时间，逆时针转动八小时，则是美国西海岸时间。 将表盘时间设定为家乡时间还是目的地时间取决于使用者的偏好，但由于12 小时手表无法辨别白天晚上，通常还是设定所在地时间比较合理。有一个事件的发生使得GMT 的定义复杂化了：1972 年1 月1日，UTC（协调世界时）成为新的世间标准时间。 为了方便， 通常记成Universal TimeCoordinated。同样为了方便，在不需要精确到秒的情况下，通常也将GMT 和UTC 视作等同。尽管UTC 更加科学更加精确，但是对于手表玩家和收藏者来说，GMT 仍是更加受欢迎的。有不少人认为，UTC 是巴黎图谋世界计时中心地位的一种手段。事实上，它是以原子时为基础，在时刻上尽量接近世界时的一种时间计量系统。它的出现是现代社会对于精确计时的需要。 原子时与以往的计时系统不同，它非常精确并且不以某地的平均太阳时为基准，但是遇有地球自转速度不均匀，原子时与世界时之间的时差便日积月累，因 此，UTC 会在一段时期后加上正或负的闰秒来补偿。因此协调世界时与国际原子时(TAI) 之间会出现若干整数秒的差别。位于巴黎的国际地球自转事务中央局(IERS) 负责决定何时加入闰秒。闰秒 闰秒是指为保持协调世界时接近于世界时时刻，由国际计量局统一规定在年底或年中（也可能在季末）对协调世界时增加或减少1秒的调整。由于地球自转的不均匀性和长期变慢性（主要由潮汐摩擦引起的），会使世界时（民用时）和原子时之间相差超过到0.9秒时，就把世界时向前拨1秒（负闰秒，最后一分钟为59秒）或向后拨1秒（正闰秒，最后一分钟为61秒）； 闰秒一般加在公历年末或公历六月末。2012年3月，中科院国家授时中心宣布我国7月1日进行闰秒调整，届时将现7：59：60。基本认识名称释义闰秒（或称为跳秒）是对协调世界时作出加一秒或减一秒的调整。国际原子时的准确度为每日数纳秒，而世界时的准确度为每日数毫秒。对于这种情况，一种称为协调世界时的折中时标于1972年面世。为确保协调世界时与世界时相差不会超过0.9秒，在有需要的情况下会在协调世界时内加上正或负一整秒。这一技术措施就称为闰秒。 闰秒方法是否加入闰秒由位于巴黎的国际地球自转和参考座标系统服务决定，在格里历的每年6月或12月的最后一天的最后一分钟进行跳秒或不跳秒，也就是说每年的这两个一分钟并不就是等于60秒，而是在60秒上下变化。 如果闰秒，则这一秒是被加在第二天的00:00:00前的。当决定加入正闰秒的时候，当天23:59:59的下一秒当记为23:59:60，然后才是第二天的00:00:00。如果是负闰秒的话，23:59:58的下一秒就是第二天的00:00:00了。 现时所有闰秒都是正闰秒。 科学详解成因原理科学上有两种时间计量系统：基于地球自转的天文测量而得出的“世界时”和以原子振荡周期确定的“原子时”。“世界时”由于地球自转的不稳定（由地球物质分布不均匀和其它星球的摄动力等引起的）会带来时间的差异，“原子时”（一种较恒定的时制，由原子钟得出）则是相对恒定不变的。这两种时间尺度速率上的差异，一般来说一至二年会差大约1秒时间。 1971年国际计量大会通过决议：使用“协调世界时”来计量时间。当“协调世界时”和“世界时”之差超过0.9秒时，国际地球自转服务组织（IERS）就负责对“协调世界时”拨快或拨慢1秒，这就是闰秒。 作用影响按照这几十年来已知的差异来测算，大约5000年后“原子时”会比“世界时”快1个小时，所以就要通过闰秒来进行调整。自1971年首次增加闰秒以来，“协调世界时”已经调整了24个闰秒。事实上，从1958年“原子时”诞生至2006年，两个计时系统之间已累计差了33秒，也就是说地球自转慢了半分钟左右。 不足之处对于授时机构、通信、航天、电子等时间精度要求较高的领域而言需要时间的连续性。有些领域的科研需要“原子时”，全球卫星导航精确到纳秒，而卫星发射需要精确到微秒以上。 因此，时间作为一个系统内部参数要求尽可能的连续，闰秒的出现，只能起到弥补和修正的作用，但客观上导致了时间的中断。 历史实施闰秒展示 实施年份实施日期实施年份实施日期12月31日1972年6月30日、12月31日1987年12月31日+1秒1973年12月31日1989年+1秒1974年1990年+1秒1975年1992年6月30日1976年1993年1977年1994年1978年1995年12月31日+1秒1979年1997年6月30日1981年6月30日1998年12月31日+1秒1982年2005年+1秒1983年2008年+1秒1985年2012年7月1日现实案例例如，2006年，国际上实施了“闰秒”。由于“北京时间”比“协调世界时”早8个小时，因此我国调整闰秒的时间在2006年1月1日的早晨。当时我国的时钟通过这样的方式拨慢：7时59分59秒、7时59分60秒、8时00分00秒。而通常情况下，时间是从7时59分59秒直接调到8时整的。国家授时中心通过时间频率发播监测控制站的时号程序控制器来调整这1秒钟。授时中心的所有接收时码信息的用户，都以这种方式接收到授时系统中发布的这一调整信息。 中国调整2012年3月，中科院国家授时中心宣布，我国将在北京时间7月1日的7时59分59秒和全球同步进行闰秒调整，届时会出现7:59:60的特殊现象。 朱进解释说，闰秒调整的时机也有明确的规定。规定是在这两个时间系统的差距超过0.9秒的时候，就在每年的6月30日或者12月31日增加一秒，因为现在地球自转一直在变慢，所以总是增加一秒。有一种观点认为，以后可以干脆拿原子钟做我们的时间标准，不去管天文观测的时间了。但是如果经过比较长的时间以后，这样得出的时间和我们的实际感受不一样，比如说中午十二点，太阳没在正南，太阳可能是我们现在上午或者下午的感觉。 朱进表示，闰秒调整对普通民众的日常生活不会产生影响。朱进表示，这件事其实一直在做，从1972年到现在，40年里已经调过25次了。最近这几年没调，但2005年、2008年，全都有过闰秒，应该说我们日常是感觉不到的。1 相关争议计时工具位于经线零度的英国格林威治皇家天文台，实行“平均太阳时”，即太阳直照在该天文台子午仪中心子午在线的时间，计算一天的始终。惟自1972年以来，科学家留意到地球自转减慢，影响到太阳直照落点时间，天文台要三番四次添加“闰秒 ”，以保持国际公认的“标准时间”地位。 一些科学家便认为，格林威治时间应由位于法国巴黎外的“国际原子时间 ”（International Atomic Time）所取代，因为后者采用先进技术运算，可准确显示到小至纳秒，何况闰秒添加往往很混乱，有时像今年是12月31日结束时添加，但有时却是在6月30日结束时插入。此外，从卫星导航、供电到流动通讯等，凡事都可能因为疏忽那1秒，或未能及时在不同时区加闰，引发程序系统问题。 反对者称，原子时间“太精确”也会带来问题，因为人类早已习惯以“日居正中”作为中午的标准，但若改用原子钟计时，在地球越转越慢下，千年后的人类将发现，“日居正中”将是下午1时。另外，GMT计时是大英帝国昔日称雄世界的见证，事关民族荣耀，英国人显然不愿改用法国计时作为国际标准。 交付表决全球定位系统服务界面委员会在得克萨斯州沃斯堡举行的第47届会议中宣布，他们已经邮寄出停止闰秒的表决案。这项表决案的计划是：2008年4月：国际电信联盟的工作小组将递交给研究小组关于劝说停止闰秒的7A建议项目；在2008年，研究小组将通过经由邮件让各会员国投票表决该议案；2011年，如果70%以上的会员国同意，国际电信会议将批准该建议案；2013年，如果70%以上的会员国投票废止闰秒，闰秒将停止使用，并且世界时（UTC）将成为连续的时间刻度尺。 2011年，美国、日本、法国等已向国际电信联盟递交了以原子时取代格林威治时间的申请。中、英两国明确表示反对。2012年1月，拥有145年历史、负责信息通信技术事务的联合国主导机构国际电信联盟，将最终宣布是否调整。 我国曾于2008年和2009年在国际电信联盟会议上，两次向国际电信联盟提交过书面建议书，并口头发言，表示我国的态度是希望保持现有国际标准时间的定义不变，即继续保留“世界时”。2012年闰秒由于地球自转速度减慢，时间误差已经大于0.9秒，因此，北京时间2012年的7月1日7时59分59秒（世界时23:59:59）全球将同步进行闰秒，届时北京时间将会出现7:59:60的难见景象，意味着2012年全年将有31622401秒。上一次闰秒是在2008年12月31日，二者同为正闰秒（即最后一分钟61秒）。 “闰秒”这里存在一个问题。自原子钟诞生以来共闰秒24次，也就是说地球自转变慢了累计24秒，然而现在每天还是24小时，这说明闰秒不是地球自转变慢而是“地球差异旋转”与“岁差”有关联。今年全球时间多1闰秒 7月1日将出现7时59分60秒今年年中，全球时间将进行调整，通用时间将闰上一秒，意味着全年时间多了“一秒”。前不久，中科院国家授时中心最新发布了这个消息。将在北京时间2012年7月1日7：59：59和全球同步进行闰秒调整，届时会出现7：59：60的特殊现象。这“一秒”究竟是怎么来的？它的出现会对我们的日常生活有影响吗？记者对此进行了采访。首先必须明白这些概念什么是世界时？1884年，国际上确定以地球自转运动来计量的时间作为国际标准时间，称作世界时。如果您对这个解释陌生的话，提到“格林尼治时间”或“子午线”，您有印象了吧？其实，世界时也就是以英国格林尼治天文台内的子午线为标准来计量时间的一种方法。但是，地球自转速度也是不规律的，世界时是根据地球自转一周的周期确定的，但是地球自转时快时慢的(总体来说是在变慢)，所以根据地球自转测定出来的时间也不是均匀的。什么是原子时？有什么方法能够测定更为均匀的时间呢？于是，原子时就应运而生。原子时是以1958年1月1日世界时0时为原子时的起算点，其准确度和稳定度均超越了世界时。但是，原子时与地球的自转不关联(世界时则与此相关)。而随着地球自转速度有减缓的趋势，原子时与世界时的偏差也在不断加大。为什么要“闰”一秒？在热播的美剧生活大爆炸中，谢耳朵曾自以为豪地表示自己的手表是按标准的“原子时”来运行的。而事实上，我们目前使用的时间并不是原汁原味的“原子时”，而是一种与“世界时”相妥协的原子时，名为“协调世界时”。“为什么叫协调世界时呢？因为原子时与世界时都有不足，考虑到两种时间都有存在的必要性，所以有了协调世界时(UTC)的概念。也就是说，当地球自转越来越慢的时候，两种时间差距加大。