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

  • 大江南北传法治音——国家宪法日普法教育全景图

  • 黄河壶口瀑布出现“双彩虹”

独家策划

推荐阅读
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
近日,由中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员丁林领衔的大陆碰撞与高原隆升团队,系统梳理了青藏高原隆升的历史细节。
2025-12-03 09:28
建设教育强国,基点在基础教育。 特别值得一提的是,我校教师创新性地构建了以跨学科项目学习为核心、贯通小初高认知发展,融合科学家精神、工程师思维与设计师视角的科学教育“PRIDE项目式课堂”模式。 此外,科学教育联合培养共同体,也是学校科技教育的有力支撑。
2025-12-02 10:09
今年12月2日是第十四个全国交通安全日,相关部门将围绕“文明交通 礼行天下”主题开展一系列活动。”  公安交管部门提醒:重载车辆、新手驾驶人等慢速群体尽量使用右侧车道通行,减少因较大速度差导致交通拥堵或事故。
2025-12-02 10:08
作为国内单机容量最大、效率最高燃气机组,与传统燃煤机组相比,应急调峰能力大幅提升,能源利用更高效。其碳排放强度仅为百万千瓦燃煤机组的40%,且几乎不产生颗粒物和二氧化硫,从源头减少污染。
2025-12-02 10:08
近日,法国空中客车公司与欧盟航空安全局相继发布声明,要求全球约6000架空客A320系列飞机紧急停飞维修。“此次事件的核心原因是受到单粒子翻转的影响,同时也暴露出航空电子设备对高空飞行环境中太阳辐射影响应对不足。
2025-12-02 10:07
转录组测序显示,受体植物中茉莉酸信号通路被激活;高效液相色谱-质谱检测证实,受体植物根系中茉莉酸及活性衍生物JA-Ile含量增加。”  该团队发现,茉莉酸甲酯处理能模拟菌根网络介导的互作效应,激活植物茉莉酸通路,改变根际微生物组,富集有益菌。
2025-12-02 10:06
中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等与山西大学教授梅锋等合作,基于可编程超导量子处理器“祖冲之二号”,首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相。
2025-12-01 09:33
在距离海平面千米的深海,阳光无法抵达,海水冰冷,压力极大。然而,在环境极端的“海底沙漠”中,却生长着形态各异、结构复杂的深海珊瑚,构建起生机勃勃的海底“秘密花园”。
2025-12-01 09:32
推动科技创新和产业创新深度融合,是加快发展新质生产力、建设现代化产业体系的内在要求,也是塑造高质量发展新动能新优势的战略抉择。
2025-12-01 09:23
红小豆又名赤豆、小豆,是中国老百姓餐桌上一种颇受欢迎的杂粮,但科学家对其基因组的了解还不够深入。
2025-12-01 09:23
在“梦想”号问世之前,中国科学家想要开展深海大洋钻探研究,只能“借船出海”。
2025-12-01 09:22
加载更多