时间 从上海起步

[ 录入者:linq | 时间:2008-09-01 22:02:37 | 作者:林清 | 来源:中国国家天文2008年 | 浏览:19337次 ]

上海佘山之颠,有个天文博物馆,馆内有一个“时间与人类”展厅,“滴答、滴答”的 走秒之声不断地从这里传出,催人感受时间的 脚步。在这里你还随处可见各种各样的 钟,航海钟、天文摆钟、原子钟……。是不是很奇怪,天文台与时间有什么关系 吗?

这里面的 关系 太大了。时间的 概念,其实就来自天上。

我们天天对表用的 北京时间,就来自天文台。新中国最早的 北京时间,甚至就来自上海天文台!不信吗?就让我来带你看看时间是怎样跟天文搭界,上海又是怎样成为北京时间发源地的 。

从古代计时到现代观星 测时

时间是人类生活中不可或缺的 概念。但是时间看不见摸不着,怎样才能合理地计时呢?

远古时期,聪明的 老祖宗们就发现日出日落是有规律的 ,昼夜交替大概是人类能够理解的 第一个时间概念,粗略地讲,从一次日出到下一次日出就被称作一日。

古人又发现每夜的 星 象似乎在有规律地缓慢移动,聪明人很快会想到这实际上是太阳在星 空背景中的 移动造成的 ,进一步的 观察发现太阳在星 空中移动一周的 时间似乎正好就是一个寒来暑往的 时间。虽然那时的 人们还没有建立地球绕太阳公转的 概念,但是这个规律却是被抓到了,于是诞生了年的 概念,并随之建立了早期的 历法。

但是老百姓更关心日常生活中的 时时分分,这其实不是什么特别的 概念,只要将“日”这个时间长度按一定的 规律均分就行了。当然首先需要有一个共同认定的 时间起点,比如大家习惯把半夜里的 某个时刻称为0点,这没有什么关系 ,由政府的 权威部门定下来就可以了。

但是怎样去测定时间的 流逝呢?任何有规律的 事物都可以用来计时,比如滴水、漏沙,甚至点香,等等。主要是看哪一种方法更稳定,更好用。

 上海天文博物馆(佘山)院内的 日晷

直接使用天文观测的 “钟”叫日晷,它有多种形式,但基本要点都是利用太阳照在一根长针(晷针)之后投下的 影子,这个影子在一个平面盘子(晷盘)上有规律地移动,我们只要掌握了这个规律,就可以从影子所在的 位置了解现在已经是几点几分了。这个方法与天文最投缘,但是缺点也很大,一到晚上或阴天就无法使用,而且太阳在天空中的 运动并不均匀,因此这样的 计时存在有较大的 误差。

古代发展得最好的 “钟”大概要属漏壶了,它假定滴水的 时间是均匀的 ,利用滴水计时的 原理。但实际上单个漏壶在水多和水少的 时候滴水时间并不均匀,于是人们后来又发明了多重漏壶,确保最后一级漏壶的 水位始终保持不变,这样的 滴水就比较均匀了。

 上海天文博物馆(佘山)展示的 多级漏壶

中国古代用水流计时的 登峰造极之作当推宋代苏颂主持研制的 “水运浑象仪”。它其实是一种集观测天象的 浑仪、演示天象的 浑象、计量时间的 漏刻和报告时刻的 机械装置于一体的 综合性天文观测仪器。它以漏壶的 水冲动机轮,驱动传动装置,使各部分协调运作。这套仪器现已不存,据记载高约两层楼,其中的 机械装置精巧复杂,超越了当时世界上其它国家的 机械应用水平。

  上海天文博物馆(佘山)收藏的 天文摆钟

自从伽利略从吊钟的 摆动中发现了摆动规律后,西方科学家发明了摆钟,并以此作为日常计量时间的 基本工具。到了十九世纪,摆钟的 制作工艺越来越精巧,但是由于摆动周期与摆长有关,而摆长又会随着温度的 变化而变化,因此普通的 摆钟仍然不能满足天文观测对时间的 高精度要求,科学家们就发明出一套电磁补偿系 统,通过精巧的 设计使其可以抵消由于温度变化而造成的 摆长变化,这样的 钟称为“天文摆钟”,已成为那个时代最高精度的 时间计量工具了。

但是无论多么精确的 计时工具,也仍然会在运行一段时间后出现误差,因此人们仍然需要一个统一的 计量标准。人们将目光还是落到了天体上。

人们发现观测星 星 的 运动比观测太阳的 运动更精确、更稳定,于是诞生了用望远镜“观星 测时”的 方法。其基本原理是使用一种称为子午仪(又名中星 仪)的 特制望远镜,这种望远镜只能在从正南到正北方向的 大圆(称为子午圈)上进行观测。天文学家在天球上确定许多作为标准的 亮星 ,每一颗亮星 经过子午圈的 时刻都可以推算出来,观测时的 钟面时刻与推算时刻之差就是需要改正的 钟差。天文学家会采用一组多颗恒星 反复测量,经过一套复杂的 误差分析和归算,得到准确的 钟差,再将改正后的 准确时刻通过发布系 统向外发布,以供大家对表。

还有一种测时仪器称为等高仪,它是一种同时测定经度和纬度的 小型天文望远镜,通过记录一组位置已知的 恒星 在不同方位相继通过同一个固定的 天顶距(等高圈)的 时刻,来计算等高仪所在地的 经度和纬度,同时也可以测出精确的 时间。20世纪50年代法国天文学家丹容研制成功的 “超人差棱镜等高仪”是其中观测精度最高的 一种,又被称为“丹容等高仪”。

上海 — 现代时间发布的 开始

上海佘山天文博物馆的 “时间与人类”展馆中,展示了以上各个时代的 典型计时设备,从登封观星 台、简单的 漏壶、多级漏壶,到天文摆钟、航海钟、中星 仪、等高仪等。古代的 那些计时设备是仿制的 ,而后面这几个近代的 计时设备,可都是货真价实的 馆藏珍品,它们是从哪儿来的 呢?这就要从天文博物馆的 历史讲起了。

1872年,法国天主教耶稣会在上海徐家汇正式建立了天文台,其办公地点就在今天上海漕溪北路西侧的 上海气象局里。这个徐家汇天文台可是无所不能,包括了天文、气象、地震、地磁等众多现代科学领域。在其早期工作中,与天文有关的 就是观星 测时。

1884年9月1日,在现在外滩的 延安东路路口附近树立起一座信号木塔,通过挂旗、落球等信号,为黄浦江上的 外国舰船提供气象和报时服务。清朝末年有一首关于天文台信号塔的 竹枝词,描述这个信号塔同时兼有的 报时和天气预报之功能:球制空灵可验时,日中升降候无差。报风还把天机测,晴雨分扬五色旗。

每天上午十一点三刻,有一个报时球被徐徐升起到信号塔的 一半高度;到十一点五十五分,球又被升到塔顶上,这时黄浦江上的 轮船、军舰都派专人观察这个球,它在准十二点钟那一瞬间突然落下来,大家就根据这个信号校准船上的 钟表。这就是现代报时系 统的 开端了。1914年5月起,更进一步发展到直接以无线电方式每日向附近的 海船播发时间信号。

1907年,外滩的 信号塔被改建成高36.8米的 钢骨水泥塔,塔顶上竖有装着风向仪和挂旗的 桅杆,总高度50米。这个建筑一直保存到今天,许多老一代上海人至今还习惯地称它为“外滩天文台”。

外滩信号台只是发布时间信息,有点类似于现在的 广播报时。而准确的 时间信号则是由徐家汇天文台用电话、电报传送到外滩的 。那么徐家汇天文台又是怎样取得时间信号的 呢?他们采用的 方法就是观星 测时,也就是前面说的 子午仪观测。现在天文博物馆中陈列的 帕兰(Prin)子午仪最为有名。它于1925年购于法国巴黎,口径8厘米,整体均为铜铸,平时一直用于天文测时。该子午仪安放在一个坚固稳定的 花岗岩基墩上,基墩则与周围的 地板断开,确保周围的 震动对观测不产生影响。

为了进行时间测定,与其相配的 还有许多附属器件,例如高精度天文摆钟,计时仪,收报机,航海钟等。天文博物馆中收藏了很多与此有关的 珍品,称为这一段历史的 忠实见证。

北京时间  曾经从上海发出

中国现代天文界有一位令人尊敬的 女天文学家,叶叔华院士,正是她领导着新中国第一批天文科研人员辛苦创业,建立了中国独立自主的 世界时系 统,她用自己的 汗水为新中国立下了功勋。叶院士后来还长期担任上海天文台台长,为上海天文台的 发展奠定了扎实的 基础。

北京时间,其实就是中国标准世界时系 统的 代名词。冠之以北京,完全是一种政治象征意义。其实在1981年之前,北京时间是从上海天文台向外发播的 。

我们平时说的 时间只是一个泛指,严格说来,时间有各种定义形式,如真太阳时、平太阳时、恒星 时等,这些时间都是以地球自转为基础的 。而世界时就是国际上统一规定,以子夜作为0时开始的 格林尼治平太阳时,简称为UT。北京时间则是北京所在的 东八时区标准区时,它等于世界时加上8时。

新中国成立,徐家汇天文台和佘山天文台被政府接管后,有很长一段时间归于南京紫金山天文台领导,称为徐家汇观象台和佘山观象台。徐家汇观象台由于拥有长期从事时间工作的 基础,就义不容辞地担负起建立中国自己的 时间系 统的 重任。

1955年1月20日,徐家汇观象台成功实现与上海人民广播电台的 合作,开始正式发播民用六响标准时间讯号,精确度为0.05秒。

1959年1月,我国综合世界时系 统正式建立,开始以紫金山天文台本部和徐家汇观象台的 天文测时和收时资料,刊布我国自主的 综合时号改正数。

1962年8月,徐家汇观象台和佘山观象台合并成立中国科学院上海天文台。同年,该台负责的 “中国综合时号改正数”精确度达到了世界先进水平,居世界第三位。1965年,该系 统在通过国家级鉴定后,受国务院批准成为我国世界时的 基准。

由于战略上的 考虑,国务院决定在内地建立专门的 时间发播系 统,经过论证,中科院开始筹备建立陕西天文台,上海天文台派出了精干的 科研力量,协助有关单位共同在陕西临潼地区建立了陕西天文台。

一切准备就绪之后的 1981年7月1日,上海天文台停止BPV时号和标准频率的 发播,发播工作正式转移到陕西天文台。从此,发播北京时间的 地点从上海转移到了陕西临潼。陕西天文台从2000年起更名为国家授时中心。现在的 北京时间就来自国家授时中心。

由于历史的 原因,虽然上海天文台现在已经不再承担北京标准时间的 测量和向外发布的 工作,但是,上海天文台仍然与中国的 时间工作保持着密切的 联系 。

采用原子跃迁原理来进行时间计量的 设备称为原子钟,氢原子、铯原子、铷原子等都可以被用来做原子钟,其性能各有利弊。这种钟牵涉到复杂的 物理原理和高技术,国际上掌握此技术的 国家寥寥无几,又因为它在国防事业中具有重要作用,所以在国际上属于禁运的 产品,有钱都买不到。

为了打破这种垄断,1969年9月30日,周恩来总理接见中科院和国防科委有关人员,郑重指示:“要独立自主建立我国的 原子时系 统”。上海天文台有关人员参加了接见,这个光荣的 任务又落在了上海天文台的 身上。

上海天文台从1970年开始氢原子钟的 研制工作,此后又开展了铯原子频标的 研制,1972年建成我国第一台氢原子钟,此后氢原子钟的 稳定度和可靠性不断改进和提高,并逐步发展成一种实用型的 高精度氢原子频标,稳定度达到10-15量级,达到了国际先进水平。

直到今天,上海天文台仍然是国内唯一能够产品化生产氢原子钟的 单位,并正在积极开展氢原子钟小型化、智能化的 研究,继续为我国航天事业和国防事业做出贡献。

现在,你知道了吧,天文台的 工作可不是与老百姓完全无关。每天的 时间滴答里,都少不了天文台的 贡献啊。

(正文完)

 

 

 

 

 

 

国际经度联测纪念碑。

•     国际经度联测和国际经度联测纪念碑

由于两地地理经度之差等于两地地方时间之差,所以专门用于测量时间的 子午仪还可以用于地理经度的 测量工作。上海天文博物馆展出的 帕兰子午仪最值得自豪的 工作就是参加过1926年和1933年两次国际经度联测,当时国际经度局在北纬30度线上选定了三个经度基准点,徐家汇天文台就是其中之一,帕兰子午仪则是当时观测工作的 主力仪器之一。上海天文博物馆为此专门设立了国际经度联测纪念碑。

 

•     漫画:秒到哪里去了?

 

漫画“秒到哪里去了”

“1926年5月14日,我国发生了一次大地震,天文台的 时钟都停走了,徐家汇天文台的 几位天文学家正在焦急的 寻找‘秒’”。这幅漫画刊载于当年的 “North China Daily News”(华北日报)。平时,人们的 钟表停了,只要与作为标准的 天文钟对一下就可以了,但是现在,天文钟也停了,怎么办呢?人们的 生活和工作岂不是要大乱了?其实,“秒”并没有丢,时间仍然在按部就班的 往前走,地上的 天文钟停了,天上的 “星 星 钟”并没有停,天文学家通过测时仪器观测天上的 恒星 ,很快就可以将重新启动的 天文钟与天上的 星 星 钟对应起来,“秒”就找回来了。

Tags:时间 上海 起步

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