点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

从“观象授时”说起

来源:光明网2021-02-10 11:04

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  上下四方曰宇,古往今来曰宙。请随我们进入“时间”的故事。

  现代社会,人们在日常生活中如果需要知道时间,都会下意识的看看手机或者电脑上的时间。那古人没有手机、没有网络,怎么获取时间呢?

  古人获取时间的方法,要从“观象授时”说起。即通过观测日月星辰的天象运转来确定时间。

 从“观象授时”说起 

  图1. 北京古观象台(图源:北京天文馆)

  我国授时的概念最早出现在《尚书·尧典》中“乃命羲和,钦若昊天,历象日月星辰,敬授民时”。

从“观象授时”说起

图2. 《尚书·尧典》的记录(图源:作者)

  春夏秋冬四季的轮回转变产生了“年”的概念,月亮的阴晴圆缺产生了“月”的概念,太阳的东升西落产生了“日”的概念。

从“观象授时”说起

图3. 月相的变化(图源:作者)

  古人又将一日分为了十二个时辰,通过立杆测影,杆影每个时辰(2小时)移动30°,对应太阳每个时辰在天空中西移30°。所以看见太阳的位置,就可以确定时间,这也就是日晷的原理。每天正午日影的长度,也是不同的。日影最长的一天定为冬至日,日影最短的一天为夏至日,冬夏二至中点则为春分、秋分。

从“观象授时”说起

图4. 正午时的日晷(图源:作者)

  当负责通报时辰的工作人员,通过日晷知道了时辰,如何让老百姓也知道现在是什么时候?应当劳作,还是宵禁? 我国古人想到的办法是晨钟暮鼓。在钟鼓楼,晨钟暮鼓报时。早上敲钟,城门打开,开始劳作。晚上击鼓,宵禁开始,禁止随意走动。

从“观象授时”说起

图5. 报时钟鼓楼(图源:作者)

  清末民国初年,随着城市的发展,晨钟暮鼓的声音已经不能很好的覆盖全城,这时候出现了午炮报时。北京德胜门东侧的城墙上有一座炮台,用来报时的“午炮”就架在那里。

从“观象授时”说起

图6. 夜晚北京的德胜门城楼(图源:网络)

  炮台有电话与北京观象台连通。每当快到中午时,两个值班人员分工合作,一人守在电话旁,听电话里传来的指令,另一人则揭开炮衣,装好炮药,手持点燃的长香,站在炮位上静候指令下达。收到北京观象台通过电话发来的指令,炮台上的人就马上点燃炮药。午炮发出的轰鸣声响彻大街小巷时,人们就知道:现在是中午12点,赶忙对表矫正时间。

从“观象授时”说起

图7. 德胜门城楼上的古炮(图源:网络)

  当中国人正在使用午炮报时的时候,欧洲人开发出另外一种落球的报时方式。最先进行落球报时的,是英国伦敦的格林尼治天文台。每天13点整,天文台钟楼顶端的圆球准时落下,附近海域停泊的船只据此调节船上的钟表,然后带着调好的钟表升帆出海。

从“观象授时”说起

图8. 格林尼治天文台红色落球报时(图源:作者)

  进入现代后,随着工业革命的开始,人们对时间精度的要求越来越高,随着科技的进步,人们逐步使用电信号进行授时。 1902年,法国首先在巴黎艾菲尔铁塔顶层进行试验,发播长波无线电时号,呼号是FL,这次试验取得了成功。接着,德、英、美等国相继试验,收到良好效果。于是,一个崭新的无线电授时时代开启了。

从“观象授时”说起

图9. 通过艾菲尔铁塔发射授时信号(图源:作者)

  我国主要在运行的无线电授时系统,有呼号为BPM的短波授时系统,呼号为BPL的长波授时系统,以及呼号为BPC的低频时码授时系统。

从“观象授时”说起

图10. BPM的授时精度为毫秒量级,信号覆盖半径超过3000公里(图源:作者)

从“观象授时”说起

图11. BPL的授时精度为微秒量级,信号覆盖半径超过1000公里。图中的BPL长波授时台模型彩车在1984年国庆35周年庆祝游行时通过天安门广场,接受党、国家领导人和全国人民检阅(图源:作者)

从“观象授时”说起

图12. BPC的授时精度为毫秒量级,信号覆盖半径超过1000公里,BPC主要应用于“电波钟表”(图源:作者)

  现在人们熟知的卫星导航系统,实际也是一种授时系统。卫星提供的是授时信息,导航、定位信息则由接收机从授时信息导出。卫星导航系统的授时精度可达纳秒量级,是目前应用较广的一种授时系统。 现有的卫星导航系统主要有中国的北斗系统、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统以及欧洲Galileo系统。 目前授时精度较高的系统则为光纤授时系统。我国正在建设的重大科技基础设施“高精度地基授时系统”就是采用长波授时与光纤授时结合的方式覆盖全国。长波授时精度优于百纳秒,光纤授时精度优于百皮秒。

从“观象授时”说起

图13. 高精度地基授时系统建设示意图(图源:作者)

  此外,人们在日常生活中接触比较多的授时方式是网络授时与电话授时,网络授时精度为秒级,常见的电脑和手机均通过网络获取时间;电话授时精度也为秒级,人们通过拨打电话02983895117,即可获得国家授时中心提供的电话语音报时服务。 我国的授时服务体系,经历了从无到有、从初级到较高级、从局域到全局的发展过程。目前,我国国家授时服务体系的建设和发展已经具备一定基础,可以满足国防、经济等行业对时间频率的基本需求。未来,我国的授时服务系统将建成多源互补、立体交叉、全域覆盖的体系,形成“星地互备,天空地一体化”的格局。

  作者简介:

  李实锋,中国科学院国家授时中心研究员,硕士生导师,主要从事授时方法与技术,时间同步,无线电导航等研究工作。

  杨朝中,中国科学院国家授时中心副研究员,主要从事无线电授时、授时发播技术、授时发播系统建设等研究工作。

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平抵达阿斯塔纳出席第二届中国—中亚峰会

  • 科学报国正当时|从日常用品到尖端科技,高分子材料如何改变世界?

独家策划

推荐阅读
水利部近日印发《关于积极探索和规范推进黄河流域跨省区用水权交易的意见》,对当前和今后一个时期黄河流域跨省区用水权交易作出总体安排和部署。
2025-06-16 09:55
可仅通过一个人的呼吸模式识别其身份,准确率高达96.8%。不仅如此,鼻部呼吸的这些“指纹”还能揭示个体的身体与心理健康状况。
2025-06-16 09:52
2023年5月,依托中国科学院高能物理研究所建设的“文物领域核技术应用与装备国家文物局重点科研基地”正式获批。
2025-06-16 09:50
6月14日,在中核集团秦山核电内,经重水堆辐照过后的钇-90玻璃微球顺利出堆,经检测,该批钇-90玻璃微球比活度等参数满足设计需求。
2025-06-16 09:50
新农人之“新”,不仅是身份上的“新来”之意,更在于他们的技能、理念、思维之新。
2025-06-16 09:49
2025年3月,国家重大科技基础设施——子午工程二期正式通过验收,建成了国际上综合实力最强的空间天气地基区域监测网络。
2025-06-13 09:45
前不久,一场人形机器人格斗擂台赛引发了全球关注。
2025-06-13 09:44
系外行星大气研究对理解行星形成、演化和宜居性具有重要意义。
2025-06-13 09:38
地磁暴,是由太阳表面活动引起的地球磁场全球性剧烈扰动现象。据中国气象局国家空间天气监测预警中心消息,受5月31日太阳爆发活动影响,北京时间6月1日14时至2日14时,先后出现了6小时特大地磁暴。
2025-06-13 09:37
中外科学家团队在广东省肇庆市怀集县取得四足类足迹的重要发现,首次记录了华南白垩纪地层的哺乳形类及恐龙足迹组合。
2025-06-13 09:35
“如果你是一名文科生,将有机会学习数学和计算机,将来可能成为人工智能方面的研究生”,这是不久前,复旦大学教育教学改革发布会上传出的消息。
2025-06-12 18:17
一种新的神经细胞网络是造成这一现象的原因。
2025-06-12 09:52
这一机器人仿生手灵感源于人类手部的生物智慧。
2025-06-12 09:46
冬虫夏草学名叫“中华线虫草”,其实是一种寄生蝙蝠蛾幼虫的真菌。线虫草在白垩纪就已经寄生蚂蚁的基干类群,学会了“操控蚂蚁”,而这类寄生蚂蚁的线虫草,正是如今最繁盛的一支。
2025-06-12 09:43
来自NASA的3位科学家分析了2020—2024年间坠落地球的523颗“星链”卫星在不同太阳活动水平的轨道变化。美国《商业内幕》网站报道称,很多科学家担心“星链”卫星可能会以人们尚不了解的方式破坏大气层。
2025-06-12 09:40
天气越来越热,我们中医院急诊西北角的药膳坊门前,同样“火热”。现在,“中医药+餐饮”在很多地方越来越火,药膳面包等产品吸引了很多消费者,也带动了更多人了解中医药知识和养生理念。
2025-06-12 09:37
中毒、缺氧、病原体侵袭……这些突如其来的“变故”会诱发生命应激反应。
2025-06-11 09:27
传统人工智能研究聚焦于物体识别准确率,却鲜少探讨模型是否真正“理解”物体含义。
2025-06-11 09:26
为满足小农户的粮食干燥需求,该所联合国内多家单位研制出智能化可移动牵引式烘干机。
2025-06-11 09:25
近日,国家发展改革委、国家能源局发布《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》,提出以满足企业绿色用能需求、提升新能源就近就地消纳水平为目标,建设绿电直连项目。
2025-06-11 09:23
加载更多