上下四方曰宇,古往今來曰宙。
請隨我們進入「時間」的故事。
「北京時間」
是我國官方統一的國家標準時間。
要了解什麼是北京時間，
我們需要首先了解世界時區的概念。
世界時區的劃分
地球自轉由西向東。以太陽過頂為本地時間的正午12點。東邊比西邊先看到太陽，東邊的本地時間就比西邊的早。地球經度按一圈360°劃分，0°經線（本初子午線）為英國格林尼治天文臺所在的子午圈。如圖1所示，從0°經線開始，向東和向西各7.5°處畫線，得到零時區；接下來繼續向東和向西每15°畫一條經線，這樣就將地球劃分成24等分，東西各12個時區。
圖1. 世界時區圖（圖源：作者編制）
原則上，不同的地方可以依據所在時區，確定當地時間。但在實際標準時間確立中，各個國家依據自己需求，可採用多個時區時間（如美國、俄羅斯等），也可以採用一個統一的時間。
北京時間
我國幅員遼闊，從西到東橫跨5個時區。歷史上我們採用過多個時區時間作為國家通用時間。新中國成立後，國家規定採用統一的時間作為國家標準時間，即北京所在的東八時區時間作為我國標準時間，稱為「北京時間」。
東八時區包括的範圍從東經112.5°到東經127.5°，以東經120°為中心線。北京時間即是東經120°的本地時間。北京位於東經116.4°，北京時間比北京的本地時間早14.4分鐘。
那麼，北京時間是如何產生的呢？這需要對時間標準有一個初步的概念。
世界時間標準
世界時（Universal Time, UT）是通過觀測地球自轉而確定的時間系統。其秒定義為太陽兩次過頂時間除以86400。知道秒長之後，秒累加就形成了時刻。
原子時（Atomic Time, AT）是利用原子特性產生的穩定頻率作為時間產生基礎的系統。其秒通過統計頻率數獲得，秒累加形成時刻。
協調世界時（Coordinated Universal Time, UTC）是世界時和原子時結合的產物，由國際計量局（BIPM）發布。
協調世界時產生的原因主要包括：第一，地球自轉並不穩定，世界時秒長會隨著地球自轉速度的變化而變化，這對諸多應用帶來誤差；第二，原子時只依賴相關設備產生，不符合人們的使用習慣。因此，將兩者協調，以原子時秒長為標準時間計時的秒長，以世界時時刻作為標準時刻，從而形成了一個穩定、精準的世界標準時間系統。
北京時間的產生
當前，中國科學院是北京時間產生和發播的負責單位，具體任務由位於西安市臨潼區的中國科學院國家授時中心執行。北京時間的產生過程如圖2所示。
以原子鐘輸出信號為基礎，以本地計算的原子時和向UTC溯源這兩組數據為參考，綜合計算出本地主鍾輸出信號的駕馭量，從而確保我國標準時間與國際UTC的偏差能夠控制在一定範圍內。
圖2. 我國國家標準時間控制產生過程示意圖（圖源：作者提供）
中國科學院國家授時中心擁有我國規模最大的原子鐘組。國家標準時間的精度逐年提高。圖3給出了20多年來北京時間與UTC的偏差變化。可以看出，2016年10月份以來，國家標準時間與UTC的偏差一直保持在5納秒（ns）以內（1ns=0.000,000,001s），使得北京時間的性能處於世界領先地位。
圖3. 1998年以來北京時間保持情況（圖源：作者提供）
北京時間的獲取
在日常生活中，手機、電視、廣播等是最直接的獲取渠道，這些都是對時間需求精度較低的應用。對於精度要求更高的用戶，則需要通過專業的設備直接或間接接收來自國家授時中心的國家標準時間。這些手段包含網絡、短波、長波、衛星、光纖等。高精度時間對電子商務、智能電網、智能交通、4G與5G通信、衛星導航、航空航天等領域都有著非常重要的應用。
作者簡介
袁海波，中國科學院國家授時中心研究員，博士生導師。現主要從事時間保持技術、時間比對技術、導航系統時間等相關研究工作。
主編：石碩
輪值主編：馬冠一
責編：萬昊宜、袁鳳芳
編輯：趙宇豪、柒 柒
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