“現(xiàn)在是北京時間X點整?！边@樣的聲音我們經(jīng)常聽到，同時也是我們十分熟悉的一個概念。那么，北京時間是怎么來的，又是從哪里發(fā)出的呢？記者前往國家授時中心進行采訪，為您揭開有關(guān)時間的秘密。
協(xié)調(diào)世界時是全球的標準時間
在了解北京時間前，我們先來了解一下國際標準時間。國際標準時間稱為協(xié)調(diào)世界時（UTC），是一種“世界時”和“原子時”折中后的計時體系。
中國科學(xué)院國家授時中心黨委書記竇忠介紹，世界時是以地球自轉(zhuǎn)周期為基準得到的時間尺度，定義為英國格林尼治天文臺所在的零子午線上看到太陽周日視運動得到的時間，將子夜時刻作為世界時時刻的0時，1秒的定義是地球自轉(zhuǎn)周期的1/86400。
原子時是以原子內(nèi)部電磁震蕩頻率為基準的時間尺度?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，銫133原子的外層電子在兩個超精細能級之間進行量子躍遷（電子從原子的一個軌道跳到另一個軌道的不連續(xù)的過程）時，躍遷輻射頻率為9192631770赫茲，定義這種輻射信號持續(xù)9192631770個周期的時間為1秒。根據(jù)這種原理可以制造高穩(wěn)定的原子鐘，原子時具有均勻、穩(wěn)定的時間間隔。
世界時的時間反映了地球的自轉(zhuǎn)。但是，由于地球自轉(zhuǎn)是不穩(wěn)定的，根據(jù)地球自轉(zhuǎn)制定的世界時就會有誤差。因此，科學(xué)家創(chuàng)造出一種兼有原子時和世界時這兩種時間尺度優(yōu)點的時間尺度——協(xié)調(diào)世界時。簡單來說，科學(xué)家的做法是調(diào)整原子時，使其時刻與世界時保持一致。也就是說，既然“地球鐘”不能隨意撥動，只好撥動原子鐘，讓它盡量接近地球鐘，這種調(diào)整就是“閏秒”。這種時間尺度實際是原子時秒長與世界時時刻相互協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，因此稱之為協(xié)調(diào)世界時（UTC）。協(xié)調(diào)世界時事實上成為全世界真正使用的標準時間。
我國標準時間為什么叫北京時間
我國幅員遼闊，從西到東橫跨東五、東六、東七、東八、東九五個時區(qū)，新中國成立后，全國統(tǒng)一采用首都北京所在東八區(qū)的區(qū)時作為標準時間，稱為北京時間，比國際標準時間早8個小時。
世界上的標準時間是協(xié)調(diào)世界時（UTC），所有的時間都要和它對準。協(xié)調(diào)世界時由設(shè)在法國巴黎的國際權(quán)度局（BIPM）負責計算產(chǎn)生。每個月的1日，國際權(quán)度局開始收集上個月全世界的原子鐘數(shù)據(jù)，對全世界的原子鐘進行加權(quán)平均，計算出國際原子時，加上閏秒調(diào)整以后就得到上個月全球的標準時間。協(xié)調(diào)世界時一般在當月15日左右發(fā)布，只是一個紙面的時間，只能解決事后對表的問題，不能直接使用，所以，各個國家都需建立自己的標準時間，建立的時間與協(xié)調(diào)世界時的偏差需要控制在100納秒以內(nèi)。我們國家的標準時間與協(xié)調(diào)世界時的偏差已經(jīng)控制在10納秒以內(nèi)。
為什么會出現(xiàn)閏秒現(xiàn)象
“閏秒，讓地球所用的時間等一下地球自轉(zhuǎn)的腳步，一般情況下2～3年會差一秒。”竇忠說，世界時是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時間標準，但是，地球自轉(zhuǎn)速率因諸多因素影響是不均勻的，亦即，一年之中它的秒長是不斷變化的，而原子時的秒長是均勻的。我們實際使用的標準時間是協(xié)調(diào)世界時，它采用原子時的秒長，而在時刻上盡量靠近世界時，當協(xié)調(diào)世界時與原子時的偏差預(yù)測超過0.9秒時，給予協(xié)調(diào)世界時一個整秒的調(diào)整，這就是閏秒。
閏秒一般在格林尼治時間12月或者6月的最后1秒實施。由于北京時間比格林尼治時間提早8小時，因此中國時鐘在1月1日或7月1日早上8時實施閏秒。
北京時間為什么在西安產(chǎn)生
北京時間實際上是東經(jīng)120°經(jīng)線上太陽周日視運動的時間（科學(xué)地講，叫地方平太陽時），而不是北京的地方平太陽時。北京的地理經(jīng)度為東經(jīng)116°21`，因此嚴格說北京時間與北京地方平太陽時相差約14.5分。盡管北京時間是采用北京所在的時區(qū)的時間，但實際上是由位于西安市臨潼區(qū)的中國科學(xué)院國家授時中心產(chǎn)生、保持的。
既然是北京時間，那么為什么會由位于西安的國家授時中心產(chǎn)生呢？竇忠介紹說，國家授時中心產(chǎn)生和保持的地方協(xié)調(diào)世界時是國家大科學(xué)工程——長短波授時系統(tǒng)授時發(fā)播的標準時間，也是計算北京時間的基礎(chǔ)。之所以把北京時間的產(chǎn)生地設(shè)在西安，最主要的原因是，從地理上說，這里發(fā)出的無線電波有利于覆蓋我國大部分的陸地和近海，讓我國絕大多數(shù)時間用戶都能收到標準時間頻率信號。
時間產(chǎn)生出來后，就是授時了。根據(jù)不同的需要，國家授時中心建立了不同的授時方式：如果需要毫秒量級的時間，可以接收短波授時；如果需要微秒量級的時間，可以接收長波授時；如果需要十納秒量級的時間，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時可以滿足。
時間工作的核心是守時（標準時間的產(chǎn)生和保持）系統(tǒng)，由原子鐘組、測量比對、數(shù)據(jù)處理和原子時歸算、國際時間比對和溯源等組成。國家授時中心守時系統(tǒng)為我國長短波授時、衛(wèi)星授時、通信系統(tǒng)、電子商務(wù)、電話授時、網(wǎng)絡(luò)授時等授時系統(tǒng)提供高精度的標準時間信號。國家標準時間在西安臨潼產(chǎn)生，但長波和短波授時臺在渭南蒲城，高精度時間的發(fā)播也主要是由這里的長短波授時系統(tǒng)完成。
我國的授時水平居世界前列
2018年是國際權(quán)度局時間公報Circular-T（簡稱T公報）出版發(fā)布30周年，T公報1988年3月1日出版，國家授時中心已連續(xù)30年為其提供數(shù)據(jù)支持，長期綜合性能排全球前三位，這標志著我國守時授時水平位居世界前列。國家授時中心從1980年起參加國際原子時的計算，持續(xù)為國際原子時歸算和T公報提供數(shù)據(jù)。中科院國家授時中心時間頻率基準重點實驗室已成長為對國際原子時計算權(quán)重貢獻位居國際前列、性能國際先進的全球最重要的時間實驗室之一。
精密時間為高精尖科技保駕護航
每個人都接觸時間，每個人都關(guān)心時間，高精度時間已經(jīng)成為一個國家科技、經(jīng)濟、軍事和社會生活中至關(guān)重要的參量，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、電力、通信、航空、國防等領(lǐng)域。比如，在交通領(lǐng)域高精度時間頻率同步成為智能交通網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵問題。塔臺向飛機發(fā)送無線電信號，飛機收到信號后轉(zhuǎn)發(fā)到塔臺，塔臺測量信號發(fā)出到接收的時間間隔，根據(jù)時間間隔判斷飛機的距離。時間測量精度決定了飛機距離的測量精度，時間測量精度提高一倍，可把兩架飛機的距離測量精度縮短到原來的一半，相等的空間可以容納更多的飛機，能大幅度地減少飛機航道的擁堵現(xiàn)象。高精度時間在電力系統(tǒng)中也有著廣泛應(yīng)用，大量發(fā)電機并網(wǎng)發(fā)電就需要保持高度時間同步，并網(wǎng)主要設(shè)備的時間要同步到微秒量級。同時，時間也可以充當輸電線上的偵察兵。當高壓輸電線不幸被雷擊中，高精度時間就可以實現(xiàn)對故障點的快速定位。此外，當前炙手可熱的5G通訊也需要高精度時間來保駕護航，沒有時間同步就無法實現(xiàn)通訊，5G基站有著非常高的時間同步要求，精度要達到十幾個納秒。
目前，我國已經(jīng)啟動了國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、“十三五”建設(shè)項目高精度地基授時系統(tǒng)建設(shè)，該項目主要建設(shè)內(nèi)容包括兩個部分：一是在現(xiàn)有長波授時臺基礎(chǔ)上，在西部地區(qū)增補完善增強型長波授時系統(tǒng)，實現(xiàn)長波授時信號全國土覆蓋，重點區(qū)域授時精度優(yōu)于百納秒（較現(xiàn)有長波授時系統(tǒng)提高1個量級以上）；二是利用通信光纖網(wǎng)建設(shè)覆蓋主要城市和重要用戶的光纖時頻傳遞骨干網(wǎng)，時間傳遞精度優(yōu)于百皮秒，頻率傳遞精度優(yōu)于E-19量級。建成以后，我國長波和光纖授時均達到國際先進水平。
“高精度地基授時系統(tǒng)” 是陜西省“十三五”期間唯一負責建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，該項目旨在提高我國授時系統(tǒng)的安全性、可靠性和授時精度，對科學(xué)研究和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。項目核心部分將在西安市建設(shè)，包括國家時間基準（北京時間）的產(chǎn)生和保持系統(tǒng)、地基授時總體監(jiān)測控制系統(tǒng)、授時差分控制及信息處理平臺、時頻大數(shù)據(jù)科學(xué)研究平臺、多學(xué)科交叉融合基礎(chǔ)研究與學(xué)術(shù)交流平臺、國家時間頻率體系控制中心、空間時間頻率技術(shù)研發(fā)平臺等。建成以后將奠定西安成為國家時間頻率技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基地的地位。對西安當?shù)卣?wù)、商務(wù)、金融、證券行業(yè)的發(fā)展，對智慧城市、智能家居、室內(nèi)定位、無人駕駛等技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將帶來革命性發(fā)展，有力推動“數(shù)字化西安”建設(shè)。特別是對于助推西安市建設(shè)綜合性國家科學(xué)中心具有重要意義。
本報記者 王嘉
