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          2. 時間 從上海起步

            [ 錄入者:linq | 時間:2008-09-01 22:02:37 | 作者:林清 | 來源:中國國家天文2008年 | 瀏覽:24352次 ]

            上海佘山之顛,有個天文博物館,館內有一個“時間與人類”展廳,“滴答、滴答”的 走秒之聲不斷地從這里傳出,催人感受時間的 腳步。在這里你還隨處可見各種各樣的 鐘,航海鐘、天文擺鐘、原子鐘……。是不是很奇怪,天文臺與時間有什么關系 嗎?

            這里面的 關系 太大了。時間的 概念,其實就來自天上。

            我們天天對表用的 北京時間,就來自天文臺。新中國最早的 北京時間,甚至就來自上海天文臺!不信嗎?就讓我來帶你看看時間是怎樣跟天文搭界,上海又是怎樣成為北京時間發源地的 。

            從古代計時到現代觀星 測時

            時間是人類生活中不可或缺的 概念。但是時間看不見摸不著,怎樣才能合理地計時呢?

            遠古時期,聰明的 老祖宗們就發現日出日落是有規律的 ,晝夜交替大概是人類能夠理解的 第一個時間概念,粗略地講,從一次日出到下一次日出就被稱作一日。

            古人又發現每夜的 星 象似乎在有規律地緩慢移動,聰明人很快會想到這實際上是太陽在星 空背景中的 移動造成的 ,進一步的 觀察發現太陽在星 空中移動一周的 時間似乎正好就是一個寒來暑往的 時間。雖然那時的 人們還沒有建立地球繞太陽公轉的 概念,但是這個規律卻是被抓到了,于是誕生了年的 概念,并隨之建立了早期的 歷法。

            但是老百姓更關心日常生活中的 時時分分,這其實不是什么特別的 概念,只要將“日”這個時間長度按一定的 規律均分就行了。當然首先需要有一個共同認定的 時間起點,比如大家習慣把半夜里的 某個時刻稱為0點,這沒有什么關系 ,由政府的 權威部門定下來就可以了。

            但是怎樣去測定時間的 流逝呢?任何有規律的 事物都可以用來計時,比如滴水、漏沙,甚至點香,等等。主要是看哪一種方法更穩定,更好用。

             上海天文博物館(佘山)院內的 日晷

            直接使用天文觀測的 “鐘”叫日晷,它有多種形式,但基本要點都是利用太陽照在一根長針(晷針)之后投下的 影子,這個影子在一個平面盤子(晷盤)上有規律地移動,我們只要掌握了這個規律,就可以從影子所在的 位置了解現在已經是幾點幾分了。這個方法與天文最投緣,但是缺點也很大,一到晚上或陰天就無法使用,而且太陽在天空中的 運動并不均勻,因此這樣的 計時存在有較大的 誤差。

            古代發展得最好的 “鐘”大概要屬漏壺了,它假定滴水的 時間是均勻的 ,利用滴水計時的 原理。但實際上單個漏壺在水多和水少的 時候滴水時間并不均勻,于是人們后來又發明了多重漏壺,確保最后一級漏壺的 水位始終保持不變,這樣的 滴水就比較均勻了。

             上海天文博物館(佘山)展示的 多級漏壺

            中國古代用水流計時的 登峰造極之作當推宋代蘇頌主持研制的 “水運渾象儀”。它其實是一種集觀測天象的 渾儀、演示天象的 渾象、計量時間的 漏刻和報告時刻的 機械裝置于一體的 綜合性天文觀測儀器。它以漏壺的 水沖動機輪,驅動傳動裝置,使各部分協調運作。這套儀器現已不存,據記載高約兩層樓,其中的 機械裝置精巧復雜,超越了當時世界上其它國家的 機械應用水平。

              上海天文博物館(佘山)收藏的 天文擺鐘

            自從伽利略從吊鐘的 擺動中發現了擺動規律后,西方科學家發明了擺鐘,并以此作為日常計量時間的 基本工具。到了十九世紀,擺鐘的 制作工藝越來越精巧,但是由于擺動周期與擺長有關,而擺長又會隨著溫度的 變化而變化,因此普通的 擺鐘仍然不能滿足天文觀測對時間的 高精度要求,科學家們就發明出一套電磁補償系 統,通過精巧的 設計使其可以抵消由于溫度變化而造成的 擺長變化,這樣的 鐘稱為“天文擺鐘”,已成為那個時代最高精度的 時間計量工具了。

            但是無論多么精確的 計時工具,也仍然會在運行一段時間后出現誤差,因此人們仍然需要一個統一的 計量標準。人們將目光還是落到了天體上。

            人們發現觀測星 星 的 運動比觀測太陽的 運動更精確、更穩定,于是誕生了用望遠鏡“觀星 測時”的 方法。其基本原理是使用一種稱為子午儀(又名中星 儀)的 特制望遠鏡,這種望遠鏡只能在從正南到正北方向的 大圓(稱為子午圈)上進行觀測。天文學家在天球上確定許多作為標準的 亮星 ,每一顆亮星 經過子午圈的 時刻都可以推算出來,觀測時的 鐘面時刻與推算時刻之差就是需要改正的 鐘差。天文學家會采用一組多顆恒星 反復測量,經過一套復雜的 誤差分析和歸算,得到準確的 鐘差,再將改正后的 準確時刻通過發布系 統向外發布,以供大家對表。

            還有一種測時儀器稱為等高儀,它是一種同時測定經度和緯度的 小型天文望遠鏡,通過記錄一組位置已知的 恒星 在不同方位相繼通過同一個固定的 天頂距(等高圈)的 時刻,來計算等高儀所在地的 經度和緯度,同時也可以測出精確的 時間。20世紀50年代法國天文學家丹容研制成功的 “超人差棱鏡等高儀”是其中觀測精度最高的 一種,又被稱為“丹容等高儀”。

            上海 — 現代時間發布的 開始

            上海佘山天文博物館的 “時間與人類”展館中,展示了以上各個時代的 典型計時設備,從登封觀星 臺、簡單的 漏壺、多級漏壺,到天文擺鐘、航海鐘、中星 儀、等高儀等。古代的 那些計時設備是仿制的 ,而后面這幾個近代的 計時設備,可都是貨真價實的 館藏珍品,它們是從哪兒來的 呢?這就要從天文博物館的 歷史講起了。

            1872年,法國天主教耶穌會在上海徐家匯正式建立了天文臺,其辦公地點就在今天上海漕溪北路西側的 上海氣象局里。這個徐家匯天文臺可是無所不能,包括了天文、氣象、地震、地磁等眾多現代科學領域。在其早期工作中,與天文有關的 就是觀星 測時。

            1884年9月1日,在現在外灘的 延安東路路口附近樹立起一座信號木塔,通過掛旗、落球等信號,為黃浦江上的 外國艦船提供氣象和報時服務。清朝末年有一首關于天文臺信號塔的 竹枝詞,描述這個信號塔同時兼有的 報時和天氣預報之功能:球制空靈可驗時,日中升降候無差。報風還把天機測,晴雨分揚五色旗。

            每天上午十一點三刻,有一個報時球被徐徐升起到信號塔的 一半高度;到十一點五十五分,球又被升到塔頂上,這時黃浦江上的 輪船、軍艦都派專人觀察這個球,它在準十二點鐘那一瞬間突然落下來,大家就根據這個信號校準船上的 鐘表。這就是現代報時系 統的 開端了。1914年5月起,更進一步發展到直接以無線電方式每日向附近的 海船播發時間信號。

            1907年,外灘的 信號塔被改建成高36.8米的 鋼骨水泥塔,塔頂上豎有裝著風向儀和掛旗的 桅桿,總高度50米。這個建筑一直保存到今天,許多老一代上海人至今還習慣地稱它為“外灘天文臺”。

            外灘信號臺只是發布時間信息,有點類似于現在的 廣播報時。而準確的 時間信號則是由徐家匯天文臺用電話、電報傳送到外灘的 。那么徐家匯天文臺又是怎樣取得時間信號的 呢?他們采用的 方法就是觀星 測時,也就是前面說的 子午儀觀測。現在天文博物館中陳列的 帕蘭(Prin)子午儀最為有名。它于1925年購于法國巴黎,口徑8厘米,整體均為銅鑄,平時一直用于天文測時。該子午儀安放在一個堅固穩定的 花崗巖基墩上,基墩則與周圍的 地板斷開,確保周圍的 震動對觀測不產生影響。

            為了進行時間測定,與其相配的 還有許多附屬器件,例如高精度天文擺鐘,計時儀,收報機,航海鐘等。天文博物館中收藏了很多與此有關的 珍品,稱為這一段歷史的 忠實見證。

            北京時間  曾經從上海發出

            中國現代天文界有一位令人尊敬的 女天文學家,葉叔華院士,正是她領導著新中國第一批天文科研人員辛苦創業,建立了中國獨立自主的 世界時系 統,她用自己的 汗水為新中國立下了功勛。葉院士后來還長期擔任上海天文臺臺長,為上海天文臺的 發展奠定了扎實的 基礎。

            北京時間,其實就是中國標準世界時系 統的 代名詞。冠之以北京,完全是一種政治象征意義。其實在1981年之前,北京時間是從上海天文臺向外發播的 。

            我們平時說的 時間只是一個泛指,嚴格說來,時間有各種定義形式,如真太陽時、平太陽時、恒星 時等,這些時間都是以地球自轉為基礎的 。而世界時就是國際上統一規定,以子夜作為0時開始的 格林尼治平太陽時,簡稱為UT。北京時間則是北京所在的 東八時區標準區時,它等于世界時加上8時。

            新中國成立,徐家匯天文臺和佘山天文臺被政府接管后,有很長一段時間歸于南京紫金山天文臺領導,稱為徐家匯觀象臺和佘山觀象臺。徐家匯觀象臺由于擁有長期從事時間工作的 基礎,就義不容辭地擔負起建立中國自己的 時間系 統的 重任。

            1955年1月20日,徐家匯觀象臺成功實現與上海人民廣播電臺的 合作,開始正式發播民用六響標準時間訊號,精確度為0.05秒。

            1959年1月,我國綜合世界時系 統正式建立,開始以紫金山天文臺本部和徐家匯觀象臺的 天文測時和收時資料,刊布我國自主的 綜合時號改正數。

            1962年8月,徐家匯觀象臺和佘山觀象臺合并成立中國科學院上海天文臺。同年,該臺負責的 “中國綜合時號改正數”精確度達到了世界先進水平,居世界第三位。1965年,該系 統在通過國家級鑒定后,受國務院批準成為我國世界時的 基準。

            由于戰略上的 考慮,國務院決定在內地建立專門的 時間發播系 統,經過論證,中科院開始籌備建立陜西天文臺,上海天文臺派出了精干的 科研力量,協助有關單位共同在陜西臨潼地區建立了陜西天文臺。

            一切準備就緒之后的 1981年7月1日,上海天文臺停止BPV時號和標準頻率的 發播,發播工作正式轉移到陜西天文臺。從此,發播北京時間的 地點從上海轉移到了陜西臨潼。陜西天文臺從2000年起更名為國家授時中心。現在的 北京時間就來自國家授時中心。

            由于歷史的 原因,雖然上海天文臺現在已經不再承擔北京標準時間的 測量和向外發布的 工作,但是,上海天文臺仍然與中國的 時間工作保持著密切的 聯系 。

            采用原子躍遷原理來進行時間計量的 設備稱為原子鐘,氫原子、銫原子、銣原子等都可以被用來做原子鐘,其性能各有利弊。這種鐘牽涉到復雜的 物理原理和高技術,國際上掌握此技術的 國家寥寥無幾,又因為它在國防事業中具有重要作用,所以在國際上屬于禁運的 產品,有錢都買不到。

            為了打破這種壟斷,1969年9月30日,周恩來總理接見中科院和國防科委有關人員,鄭重指示:“要獨立自主建立我國的 原子時系 統”。上海天文臺有關人員參加了接見,這個光榮的 任務又落在了上海天文臺的 身上。

            上海天文臺從1970年開始氫原子鐘的 研制工作,此后又開展了銫原子頻標的 研制,1972年建成我國第一臺氫原子鐘,此后氫原子鐘的 穩定度和可靠性不斷改進和提高,并逐步發展成一種實用型的 高精度氫原子頻標,穩定度達到10-15量級,達到了國際先進水平。

            直到今天,上海天文臺仍然是國內唯一能夠產品化生產氫原子鐘的 單位,并正在積極開展氫原子鐘小型化、智能化的 研究,繼續為我國航天事業和國防事業做出貢獻。

            現在,你知道了吧,天文臺的 工作可不是與老百姓完全無關。每天的 時間滴答里,都少不了天文臺的 貢獻啊。

            (正文完)

             

             

             

             

             

             

            國際經度聯測紀念碑。

            •     國際經度聯測和國際經度聯測紀念碑

            由于兩地地理經度之差等于兩地地方時間之差,所以專門用于測量時間的 子午儀還可以用于地理經度的 測量工作。上海天文博物館展出的 帕蘭子午儀最值得自豪的 工作就是參加過1926年和1933年兩次國際經度聯測,當時國際經度局在北緯30度線上選定了三個經度基準點,徐家匯天文臺就是其中之一,帕蘭子午儀則是當時觀測工作的 主力儀器之一。上海天文博物館為此專門設立了國際經度聯測紀念碑。

             

            •     漫畫:秒到哪里去了?

             

            漫畫“秒到哪里去了”

            “1926年5月14日,我國發生了一次大地震,天文臺的 時鐘都停走了,徐家匯天文臺的 幾位天文學家正在焦急的 尋找‘秒’”。這幅漫畫刊載于當年的 “North China Daily News”(華北日報)。平時,人們的 鐘表停了,只要與作為標準的 天文鐘對一下就可以了,但是現在,天文鐘也停了,怎么辦呢?人們的 生活和工作豈不是要大亂了?其實,“秒”并沒有丟,時間仍然在按部就班的 往前走,地上的 天文鐘停了,天上的 “星 星 鐘”并沒有停,天文學家通過測時儀器觀測天上的 恒星 ,很快就可以將重新啟動的 天文鐘與天上的 星 星 鐘對應起來,“秒”就找回來了。

            Tags:時間 上海 起步

            責任編輯:linq

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