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

  • 【春来早,奋进正当时】这堂AR物理课,“包会”的!

  • 探馆2025中关村论坛年会

独家策划

推荐阅读
记者日前获悉,自去年10月全球洲际间断分布的5种崖柏属植物全部落户重庆市开州区崖柏国家林木种质资源库以来,科研团队已成功繁育崖柏实生苗30万株,崖柏扦插苗20万株,
2025-03-27 04:00
职业技能培训对劳动者提技增收、缓解就业矛盾意义重大。党中央、国务院高度重视职业技能培训工作,2024年印发《关于实施就业优先战略促进高质量充分就业的意见》,要求健全终身职业技能培训制度。
2025-03-27 05:10
长期以来,天气预报主要依赖于传统的数值天气预报模型。随着AI技术的突破,气象领域开始应用AI技术提高天气预报以及气候预测水平。2023年,《科学》杂志将“AI辅助天气预报的发展”评为世界科学十大进展,同年我国主导的AI大模型在精细化天气预报中的应用,更被评为中国科学十大进展之首。这些里程碑既展现了大气科学与AI融合的潜力,也为应对极端天气和防灾减灾创造了新机遇。
2025-03-27 05:10
当前,人工智能技术快速迭代并被应用到各行各业,从根本上改变着人类的生产生活。人工智能的发展越快,公众的期待与担忧越是急剧上升。如何平衡推进人工智能应用与治理,如何缩小科技发展带来的数字鸿沟,成为今年论坛上嘉宾热议的焦点之一。
2025-03-27 05:10
近日,国家互联网信息办公室、工业和信息化部、公安部、国家广播电视总局联合发布《人工智能生成合成内容标识办法》(以下简称《办法》)。《办法》聚焦人工智能“生成合成内容标识”关键点,通过标识提醒用户辨别虚假信息,明确相关服务主体的标识责任义务,规范内容制作、传播各环节标识行为,将于2025年9月1日起施行。如何让人工智能生成合成内容“亮明身份”,不再“真假难辨”?如何破解人工智能安全治理难题?记者就此进行了采访。
2025-03-27 05:10
当前,人口老龄化问题正在全球范围内加速蔓延,已经成为世界各国必须面对的共同挑战。世界卫生组织数据显示,预计2050年全球60岁以上人口数量将达21亿,其中包括4.26亿80岁以上的老年人。在养老领域,养老机器人不仅可以减轻社会和家庭照料老年人的负担,还可支持老年人享受高质量的居家生活,因此智能养老机器人正逐渐成为世界各国应对人口老龄化挑战的重要技术手段。
2025-03-27 05:10
目前,中国电信积极探索中央企业和国家科研院所的深度合作范式,打通基础研究和成果转化通道,推动量子技术产业化发展。
2025-03-26 10:28
至此,中国空间站舱外航天服已经圆满保障空间站任务以来的19次出舱活动,使用年限次数超出“3年15次”的寿命设计指标。
2025-03-26 10:27
中国人工智能大模型加速“出海”“出圈”,让更多澳大利亚华商和杨东东一样,开始将目光瞄准中国人工智能领域,积极寻找投资机会。
2025-03-26 10:27
随着生活水平的提高,人们的文旅需求正从“看山看水看风景”向“品文品魂品生活”转变。比如,逛博物馆,青铜器的精美纹饰固然能够吸引人的兴趣,但观众更希望了解青铜器纹饰背后的礼制密码;去故宫旅游,飞檐斗拱彰显的传统建筑之美固然让人欣喜,但榫卯结构背后的“天人合一”哲学更引人深思。山水器物背后的文化密码,具有一定的隐匿性,不易被直接观察和理解,而数智技术为游客了解这些文化密码提供了一把钥匙。
2025-03-26 04:45
记者从25日召开的中央企业“人工智能+”媒体通气会上获悉,近年来,国务院国资委持续深化中央企业“人工智能+”专项行动,着力提升中央企业在人工智能领域的竞争力。截至目前,中央企业在工业制造、能源电力、智能网联汽车等重点行业布局应用人工智能,科研、生产、客服等方面降本增效明显。
2025-03-26 04:45
25日,人类细胞谱系大科学研究设施(以下简称“细胞谱系设施”)在广东广州国际生物岛正式启动建设。这一设施是国家“十四五”重大科技基础设施,
2025-03-26 03:45
1956年,27岁的林皋带领年轻教师和同学们从零开始,通过自行设计制作的激振和测振仪器设备,在我国率先开展大坝抗震试验。
2025-03-25 09:10
2024年财政收入恢复性增长,比上年增长1.3%。在深入实施创新驱动发展战略,促进现代化产业体系加快建设方面,《报告》指出,推动加快实现高水平科技自立自强。
2025-03-25 09:09
在应用数学中心,来自东南大学通信、网络安全、电子、医学、制药等约10个学科的科研团队经常汇聚一堂,寻找交叉融合的合作点。
2025-03-25 09:05
日前,在解放军总医院第五医学中心(以下简称“第五医学中心”)感染病医学部感染性疾病科主任医师张敏的诊室里,4岁小患者洋洋(化名)的父母激动地向医生连声致谢,
2025-03-25 04:05
在蛋白质设计领域,传统方法面临着诸多难题,如需要丰富的专家经验,且要经过数以万计的实验试错,时间长、成本高,这些问题长期制约着行业发展。
2025-03-25 04:05
国家海洋环境预报中心联合海洋出版社有限公司和三六零数字安全科技集团有限公司,成功开发了海洋垂直领域大语言模型——“瀚海智语”。该大模型已顺利通过专家评审,
2025-03-25 04:05
可上九天揽月,可下五洋捉鳖,人类探索地球的征程离不开载人潜水器的技术创新。海底两万里,书写新传奇。
2025-03-24 12:09
3月20日至23日在海南三亚举办的2025种子大会暨南繁硅谷论坛上,智慧育种成为焦点议题,业内人士期待智慧育种破译“基因密码”,开启种业创新的新赛道。
2025-03-24 08:53
加载更多