秒的變遷

□ 蕭耐園

秒的變遷

□ 蕭耐園

“什么是時間？如果有人問我，我知道；如果要求我解釋，我就不知道?！薄獖W古斯丁

“讓時間停下來，那怕只是1秒鐘！”

這與其說是人們對留住光陰的美好期盼，不如說是對時間之箭永遠向前的無奈嘆息。不過，我們真的可以“留住”1秒鐘，讓我們的2015年多出1秒！設(shè)在巴黎的國際地球自轉(zhuǎn)學(xué)會在今年1月表示，由于地球自轉(zhuǎn)放緩的原因，2015年將迎來史上第26次“閏秒”，時間在6月30日午夜，科學(xué)家們將再度給鐘表額外增加1秒鐘時間，屆時原子鐘將會在23點59分59秒后停留一秒鐘，讓變慢的地球自轉(zhuǎn)跟上原子鐘步伐。由于北京處于東八時區(qū)，所以將在7月1日7：59：59后面增加1秒，屆時會出現(xiàn)7：59：60的特殊現(xiàn)象。為什么要增加1秒？增加1秒意味著什么？這1秒從何而來？要揭開這些疑問，讓我們從“秒的變遷”開始談起……

我們需要精確的時間

“滴嗒”1秒，太普通了，大家平時未必很在意它。與朋友約會，上午11點整或11點半在某咖啡館見面，總不會約在譬如11點05分27秒。但是，在工廠和辦公室用于簽到的打卡機，由電腦控制，你若在9點0分01秒打卡，恐怕就是遲到了，真是鐵面無私。差不起的這1秒啊！再如現(xiàn)代速度類體育競賽項目，計時的精度已可以精確到0.01甚至0.001秒?？梢?，即使在我們的日常生活中也不能小看這短短的1秒。尤其是在宇航、國防、生產(chǎn)和科研等許多部門，要求精確的時間，例如準(zhǔn)到千分之一秒，百萬分之一秒，甚至更高。

為了勘測資源、從事基本建設(shè)、鞏固國防，我們必須測量全國各地的地理坐標(biāo)，繪制精密的地圖；航行中的船只和飛機必須隨時測定自己的位置并決定前進的方向。這一切與測量、定位有關(guān)的部門都必須利用精確的時間。例如，地球赤道附近大洋中的一艘輪船，用測時的方法來確定所在位置的經(jīng)度，若測時的誤差為十分之一秒，那么位置差可達45米?，F(xiàn)在，當(dāng)你用GPS或北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)給你的汽車導(dǎo)航時，位置可以精確到10米以下，這離不開導(dǎo)航衛(wèi)星內(nèi)部精確的計時系統(tǒng)。

人造衛(wèi)星和導(dǎo)彈的發(fā)射、飛行和跟蹤，都要求非常精確的時間。例如火箭發(fā)射時刻的精確性，就直接影響到火箭軌道的精確程度，真所謂“失之毫厘，謬以千里”。而在用無線電跟蹤人造衛(wèi)星或宇宙飛船時，由于電磁波的傳播速度是30萬千米/秒，那么若計時精度有百萬分之一秒的誤差，空間距離的誤差就達到300米。

除了實用上的需要之外，時間的精確測量還廣泛地為許多理論研究服務(wù)。例如在天文學(xué)上測量天體位置、編制星表和歷書、研究地球自轉(zhuǎn)不均勻性等，地球物理學(xué)上研究大陸漂移，原子物理學(xué)上研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理論物理上驗證相對論等，離開了精確的時間都是無法實現(xiàn)的。

時間?秒?原始時鐘

古希臘哲學(xué)家阿拉克西曼德利用土圭測影

秒是用于計量時間的基本單位。起初由各種日的定義衍生出各種秒的定義，20世紀五十年代以后，秒的定義不再與日有關(guān)?？梢哉f，秒的變遷史就是秒定義的變遷歷史，同時也是時間測量和計量技術(shù)的發(fā)展歷史。

日晷。從日晷上讀出的時刻，便是“真太陽時”。

遠古時代的人們，日出而作，日落而息，隨太陽的升落來安排生產(chǎn)和生活，逐漸地在人們的頭腦中形成了“日”的概念。這就是說，從太陽在東方地平線上升起，到下一次升起為1日。至于1日里從早晨到黃昏的不同時間，也根據(jù)太陽的高度來粗略地估計。后來隨著生產(chǎn)和生活經(jīng)驗的積累，時間計量的手段也慢慢發(fā)展起來了。

最早的人造鐘是一根直立在平地上的桿子，稱為土圭。太陽照在桿子上，把影子投射在地面，在一天之內(nèi)，日影的長度和方向隨著太陽位置在變化，因而觀測日影的變化就可以估計時間。以土圭為基礎(chǔ)加以改進，同樣觀測日影的另一種古代測時儀器是日晷。日晷由細長的晷針和圓形的晷盤組成。晷針垂直地插在晷盤的中心，盤面正反兩面均勻地刻著標(biāo)記時間的刻度。刻度通常沿圓周按十二時辰均勻地分成12個分劃，每個分劃還可以4等分，細分成1刻。安裝時，使晷盤平面傾斜，指針指向北天極；十二時辰中的“子”和“午”正對南北方向，“午”對向北，位于晷盤的最下方。這種日晷稱為赤道式日晷。白天，在陽光的照射下(春分至秋分陽光照射圓盤的上表面，秋分至春分陽光照射圓盤的下表面)，針影投在晷盤的分劃上，就可以方便地讀出時間。在北京故宮太和殿前和乾清宮前的庭院里各矗立著一具精致的日晷。

利用土圭和日晷還可以定出太陽上中天的時間。所謂上中天就是太陽上升到正南方，高度最大，這時日影最短，就是通常所說的中午。若利用土圭，在中午前后發(fā)現(xiàn)影子最短，或桿影指向正北，便是太陽上中天。若利用日晷，日影投射在“午”字的分劃上，也是太陽上中天。人們把太陽連續(xù)兩次上中天的時間間隔作為1日。這樣定出的日，叫做真太陽日。真太陽是指人們在天空中所見的真實的太陽。從日晷上讀出的時刻，相應(yīng)于后來定義的“真太陽時”。

圭表和日晷是測時與計時相結(jié)合的最古老儀器，但是只能在晴朗的白天應(yīng)用，夜間和陰雨天就不行了。于是人們又發(fā)明了另外的辦法。

我國遠在周朝就創(chuàng)制了銅壺滴漏（又叫漏壺），簡單的漏壺就是一個銅壺，壺底有一個洞，壺中立著一根箭，箭桿上刻著度數(shù)。開始用水灌滿銅壺，水從壺底洞中慢慢流出，箭桿漸漸下沉，按桿上的刻度就能讀出時刻來了。這種裝置在水多的時候漏得快，水少的時候漏得慢，計量時間快慢不一。為了克服這個缺點，后來有了改進。采用上、中、下三個壺，地面上還有一個受水壺，內(nèi)有一根浮箭，箭上有刻度。當(dāng)水慢慢流入受水壺時，箭就上浮，指示出不同的時刻。從上面的壺不斷向下壺補充水，保持下壺內(nèi)水的高度不變。于是水從下壺均勻地注入受水壺，這樣計量的時間就比較準(zhǔn)確了。漏壺只是一種計時儀器，它的水流很難持續(xù)保持穩(wěn)定，計時往往不準(zhǔn)，需要通過測時手段經(jīng)常校準(zhǔn)，常用的方法就是中午與日晷比對。在北京故宮交泰殿和皇極殿內(nèi)保存著明清時代遺留下來的皇家使用的銅壺滴漏，制作十分精美豪華。中國歷史博物館里則保存著一座我國元代制造的漏壺。

除了漏壺這種“水鐘”外，我國古代還應(yīng)用過“火鐘”。把一盤香點燃，火頭點到香的那一段，標(biāo)志著到了什么時間。更有人在香的中間縛一根紗繩，繩端系一串銅球，球下接一個銅盤，一旦香火把紗繩燒斷，銅球落入盤中，叮當(dāng)作響，大有現(xiàn)代鬧鐘之妙用。在西方曾有在火炮上連接透鏡的報時裝置。透鏡面朝向正南方，當(dāng)正午太陽升到正南時，陽光通過透鏡聚焦在置于透鏡焦點的引線上，把引線點燃從而引爆大炮，堪稱“自動化”報時之先驅(qū)。

由于古代科技不發(fā)達，人們生活節(jié)奏緩慢，更與簡陋的計時儀器相應(yīng)，既沒有計量“秒”這么短暫間隔，或時刻確定到“秒”這么精確時間點的需求，又沒有相應(yīng)的技術(shù)手段，時間計量體系相當(dāng)粗略。我國古代常用的時間計量體系分兩種：一種以時辰計量，1日分為12時辰，順序以十二地支表示，即子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥，1個時辰相當(dāng)于2小時。現(xiàn)在的午夜23點到凌晨1點，相當(dāng)于“子”時，其余類推。每一時辰分為4刻，1刻相當(dāng)于半小時。我國古代處決死刑犯，通常定在“午時三刻”，相當(dāng)于中午12點半。這時候旭日高照，“陽氣”鼎盛，足以震懾罪犯死后的“鬼魂”。另一種把1日分為100刻（又稱為“古刻”，以區(qū)別于1/4時辰或現(xiàn)代的“刻”），1古刻相當(dāng)于14.4分，即約864秒。古刻可以看作我國古代計量時間的基本單位，是我國古代的“秒”，可是這個秒比現(xiàn)代的秒要臃腫得多了。以現(xiàn)代眼光來看，我國古代時間計量系統(tǒng)的分劃是相當(dāng)粗糙的。在西方，盡管人們已經(jīng)知道古巴比倫人在公元前6世紀已經(jīng)設(shè)想把1日分12小時，1小時分為60分，1分分為60秒，但是直到17世紀擺鐘發(fā)明之前沒有相應(yīng)的技術(shù)手段來實現(xiàn)，所以說情況與我國類似。

宋朝時的銅壺滴漏

我國北齊時（公元6世紀），天文學(xué)家張子信在海島上用儀器對太陽視運動作了30年的精心觀測，發(fā)現(xiàn)它行動快慢不齊。這一現(xiàn)象，導(dǎo)致真太陽日長短不一。但當(dāng)時人們還沒有認識到這一因果關(guān)系，而且當(dāng)時真太陽日的差值還無法測量出來。北宋后期（公元11世紀），我國古代科學(xué)家、《夢溪筆談》的作者沈括曾對一年中太陽視運動的不均勻性進行了多年觀測，不但驗證了這一事實，而且發(fā)現(xiàn)了由于太陽視運動有快有慢，導(dǎo)致一日的長短不一。他研制成精度很高的漏壺，其精度已達0.1古刻，相當(dāng)于1.4分鐘。藉此，他發(fā)現(xiàn)了“冬至日行速，故百刻有余；夏至日行遲，故不及百刻”。這就是說，冬至前后，一天長于100古刻，而夏至前后，一天短于100古刻。沈括通過觀測研究，認識到太陽運動的不均勻性對日長的影響，并以計時的方法發(fā)現(xiàn)了真太陽日的不均勻性，比西方的同一發(fā)現(xiàn)要早五六百年。西方是在發(fā)明了比較精確的時鐘以后才作出了這個發(fā)現(xiàn)。

時間計量與地球自轉(zhuǎn)

以上所述的各類原始“時鐘”，都有明顯的缺點，一是精確度差，二是使用不便。在歐洲，隨著手工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了機械鐘，起初用重錘拉動，精確度很差。據(jù)說，17世紀上半葉的一天，意大利科學(xué)家伽利略看見教堂天花板上懸掛著的吊燈在擺動，擺動的間隔非常均勻。他又將吊燈的擺動與自己的脈搏跳動作比較，確認了這一點，于是發(fā)現(xiàn)了擺的等時性。可是伽利略直到1642年逝世之前也沒有去制造一個擺鐘，而是1655年荷蘭科學(xué)家惠更斯利用這個原理，以擺動的鐘擺控制擒縱機構(gòu)，制成了世界上第一臺擺鐘。這臺鐘的準(zhǔn)確度是1天誤差10秒。從此以后，開始出現(xiàn)了比較精確的計時工具，而且不斷改進，計時的精度也越來越高。

隨著計時精度的提高，時間計量系統(tǒng)的分劃也趨于細密。人們把1個真太陽日分為24等分，稱1/24真太陽日為1真太陽小時，1/60真太陽小時為1真太陽分，1/60真太陽分為1真太陽秒。小時與分以及分與秒之間的六十進位法是承襲了古巴比倫人創(chuàng)立的進位制。這樣一套以真太陽為參照基準(zhǔn)的計量時間的系統(tǒng)，就是真太陽時。作為時間單位的“秒”，起初是從“日”來確定的，也就是說，1/86400日定義了1秒。由于真太陽日有長有短，由它定出的秒長不是一個確定值。真太陽時不是一種均勻的時間標(biāo)準(zhǔn)，就好比一把伸縮不定的尺子，如果我們拿它量布，得不到確實的結(jié)果。用真太陽時計量時間，由于這把“尺子”變化不定，計量出來的時間同樣很不精確。我們可以得出結(jié)論：計量時間的基本單位秒長不固定，便不是一種均勻的時間計量系統(tǒng)。

惠更斯鐘擺

真太陽在天球上的運行，是地球繞太陽運動的反映。地球在橢圓軌道上繞太陽運動，太陽位于該橢圓的一個焦點上。根據(jù)行星運動第二定律，地球在近日點附近走得較快，而在半年后地球到遠日點附近走得較慢。這造成太陽在黃道上周年視運動的速度是不斷變化的。再者，由于太陽是在黃道上作周年視運動，即使這種視運動是均勻的，它投影到天赤道上也會產(chǎn)生不均勻性。如果能避免這兩點，以一個或在天球上固定，或在天球赤道上勻速運動的標(biāo)志作為參照基準(zhǔn)，應(yīng)能獲得均勻的時間計量系統(tǒng)。

在天球上固定的標(biāo)志，一抬頭“仰”拾皆是，這就是恒星。天文工作者取天球上的春分點代替具體的恒星，以春分點連續(xù)兩次上中天的時間間隔作為1日，這樣的1日叫做“恒星日”。既然參照基準(zhǔn)本身沒有運動，它在地球上固定地點連續(xù)兩次上中天，正好反映地球自轉(zhuǎn)1周，所以恒星日是地球自轉(zhuǎn)的真正周期。用恒星日計量的時間叫做恒星時，由于地球自轉(zhuǎn)相當(dāng)均勻，恒星時就是一種相當(dāng)均勻的時間計量系統(tǒng)。恒星日也同樣分成恒星小時、恒星分和恒星秒。恒星秒是計量恒星時的基本單位。恒星時雖然比真太陽時均勻，但是不能取代后者，因為它的節(jié)律與人們的日常生活不合拍。

真太陽時與平太陽時時差比較。每年4月16日、6月15日、9月2日及12月25日真太陽時與平太陽時時差為0。2月12日、11月4日時差達到最大。（圖中各日期存在1～2日的誤差）

19世紀末，美國著名天文學(xué)家紐康引入了平太陽的概念。他假設(shè)有一個平太陽在天赤道上作勻速運動，其運行速度與真太陽在在黃道上周年視運動的平均速度一致，沿赤道運行一周的時間正好等于一回歸年。以這樣一個平太陽作為參照基準(zhǔn)計量的時間稱為平太陽時。平太陽時計量系統(tǒng)中同樣定義平太陽日、平太陽小時、平太陽分和平太陽秒。平太陽秒是計量平太陽時的基本單位。平太陽時是與恒星時同樣均勻的時間計量系統(tǒng)，而且平太陽幾乎與真太陽同升同落。平太陽時的時刻與真太陽時的時刻相差不多。它們之間的差異表現(xiàn)為彼此有時我快，有時你快。一年里有四次，平太陽時和真太陽時的時刻一致，而最大差值不過16分。平太陽時能符合于人們?nèi)粘Ｉ畹墓?jié)拍。

平太陽是一個假想天體，在天空中并非真實存在，因此無法對它進行實際的觀測和測量。只有通過對恒星的觀測，先測定恒星時，再經(jīng)過一定步驟的換算，以求得平太陽時。

天文學(xué)家經(jīng)過精密測量，測定在1回歸年里地球自轉(zhuǎn)366.2422次，也就是說1回歸年等于366.2422恒星日?？墒牵c此同時地球環(huán)繞太陽自西向東（與地球自轉(zhuǎn)同向）轉(zhuǎn)過1周，直觀上看來就是太陽1年里自西向東轉(zhuǎn)過一圈，所以1回歸年里就只有365.2422個平太陽日。于是可得下列關(guān)系：

=1.002738恒星日=1恒星日+3分56.56秒

平太陽時和恒星時的時刻在秋分那天是一致的。如果有兩只走時均勻的鐘，一只走平太陽時，一只走恒星時，秋分那天，兩只鐘指示相同的時刻；第二天恒星鐘快3分56秒，以后每天累積3分56秒；直到1年后，總共累積了24小時，恢復(fù)到和開始時相同。由此可見恒星日比平太陽日大約要短4分鐘。由于存在這樣的差異，如果我們在日常生活里應(yīng)用恒星時，雖然它是均勻的，但很不方便。因為我們的生活節(jié)拍與太陽升落形成的白天和黑夜相合。如果使用恒星時，那么一天的開始（即0時）就會每天不同，有時在黑夜，有時在白天，有時在早晨，而有時到了黃昏。實際上，人們通過觀測恒星，得到了均勻的恒星時，然后根據(jù)上面所說的關(guān)系進行換算，從而得到平太陽時。

上面談及的真太陽時、恒星時和平太陽時都是以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時間計量系統(tǒng)，它也被稱為世界時系統(tǒng)。

跳秒：協(xié)調(diào)世界時與世界時

四億年前泥盆紀珊瑚化石，顯示了每個年帶有400條日紋。

世界上第一臺原子鐘（約一千年誤差一秒），位于英國倫敦附近的特廷頓國家實驗室。

17世紀八十年代丹麥天文學(xué)家羅默發(fā)明了中星儀。它是歷史最悠久的近代測時儀器，其最簡單的形式是一架裝置在水平軸上的小型望遠鏡，軸的方向正指東西，望遠鏡與軸垂直，所以望遠鏡只能觀測過上中天的恒星。每一顆被觀測恒星在某地中天的恒星時時刻被記錄下來，與時鐘比對，用來校準(zhǔn)時鐘。到了20世紀，又有一些其他類型的高精度儀器如照相天頂筒、棱鏡等高儀等發(fā)明出來，用于測時。測時儀器又不斷加以改進，例如用自動化的電子記錄設(shè)備。這類所謂的經(jīng)典測時儀器，觀測精度可以達到十分之一到百分之一秒。

計時儀器也在不斷地進步。20世紀初，最精確的天文擺鐘一日僅差千分之一或二秒。到了二十年代出現(xiàn)了石英鐘。它是利用石英晶體的振蕩來控制鐘的走動，可使一天只差萬分之一秒。五十年代以來又陸續(xù)出現(xiàn)了分子鐘和原子鐘。原子內(nèi)部的電子在兩個能級之間躍遷時會輻射電磁波，這種電磁波的頻率十分穩(wěn)定，用它來控制電子振蕩器，進而控制鐘的走動，精確度就更高了，一天只差百萬分之一秒。

我們說地球自轉(zhuǎn)相當(dāng)均勻，只是一種相對的說法，實際上它的轉(zhuǎn)動速度也有快慢變化，只是變化幅度微小，沒有精確的計時儀器難以發(fā)現(xiàn)。自從20世紀二十年代出現(xiàn)了石英鐘以后，人們有了更加均勻的時間標(biāo)準(zhǔn)，地球自轉(zhuǎn)的不均勻性就被人們發(fā)現(xiàn)了。分析的結(jié)果表明，地球自轉(zhuǎn)速度的變化可分為長期減慢、季節(jié)性變化和不規(guī)則變化三種。

人們以地球自轉(zhuǎn)一周為一日，自轉(zhuǎn)速度減慢，就表現(xiàn)為1日的時間延長。據(jù)測量，日長在100年內(nèi)大約增長0.00164秒。在過去遙遠的年代，1日的長度應(yīng)明顯地比現(xiàn)在的短。像樹木的年輪那樣，一些珊瑚具有年帶，珊瑚蟲每天分泌出一些碳酸鈣，在軀殼上形成一條細小的“日紋”?，F(xiàn)代的珊瑚，年帶大約由365條日紋組成。可是泥盆紀（距今3億2千萬年到4億年）的珊瑚化石顯示了每個年帶有400條日紋。由此推測，那時的1年約400日。同樣的研究表明在6500萬年前，1年約376日。沒有證據(jù)顯示年的時間長度有多少變化，因此只能說明那時的1日是較短的。這種效應(yīng)即使在較短的時期內(nèi)，也是很可觀的。例如二千余年來，地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)累計起來，已經(jīng)慢了3小時之多。長期減慢的原因是由于海洋的漲潮和落潮引起了海水和淺海海底之間的摩擦，逐漸消耗著地球自轉(zhuǎn)的動能。實質(zhì)上這是月亮和太陽，特別是前者對地球的運動影響的結(jié)果。月亮作用的趨勢將是使地球自轉(zhuǎn)周期與月亮繞地球公轉(zhuǎn)的周期相等，也就是說，地球的1日將等于1月，不過這將是幾十億年以后的事情。

季節(jié)性變化表現(xiàn)為上半年慢0.03秒，下半年快0.03秒。這種變化的成因主要是季風(fēng)和洋流周期性地搬遷著地球表面的質(zhì)量，使地球的運動狀態(tài)隨之改變。不規(guī)則變化會因大規(guī)模地震等原因發(fā)生，發(fā)生的時間和變化的大小，都難以預(yù)測。20世紀以來的精密測時已多次發(fā)現(xiàn)這類變化。

由于地球自轉(zhuǎn)存在著長期變慢，以及季節(jié)性變化和不規(guī)則變化，這種不均勻性造成了世界時系統(tǒng)的秒長是不固定的，所以說世界時系統(tǒng)也是一種不均勻的時間計量系統(tǒng)。它已不符合20世紀各科技領(lǐng)域內(nèi)精確的時間計量工作的要求。

1952年國際天文學(xué)聯(lián)合會決定，自1960年起采用歷書時代替世界時作為基本的時間計量系統(tǒng)。歷書時是一種“力學(xué)時”。原來，到了20世紀五十年代，天體力學(xué)經(jīng)過兩個半世紀的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟。根據(jù)天體力學(xué)定律計算太陽系天體，包括地球和月球，在某時刻的位置可以相當(dāng)精確。天文學(xué)家據(jù)此編成了行星歷表和月球歷表。反過來，如果通過天文觀測，測定了某行星或月球的位置，將它與已經(jīng)編好的歷表中的位置比較，則可以確定相應(yīng)的時刻。這樣測定的時間就是力學(xué)時。歷書時以地球繞太陽的公轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)來定義，它取1900年l月0日l2時正(相當(dāng)于1899年12月31日12時正)回歸年的長度為365.242l9878日，l日等于86400秒，因此l歷書秒等于l/3l556925.9747回歸年。從定義上來說，歷書時秒長固定，是一種均勻的時間計量系統(tǒng)。但是它的實現(xiàn)卻相當(dāng)困難，往往只能通過對月亮的長期觀測才能測出，且只能達到0.1秒的實測精度，因而精度較低。不久后就被原子時取代了。

1955年英國制成了第一臺基于銫的基態(tài)超精細能級躍遷原理的銫原子鐘，以后原子鐘的精確度、穩(wěn)定度不斷提高。1967年召開的第l3屆國際計量大會上規(guī)定了秒的新定義，由它確定的時間計量系統(tǒng)稱為原子時。原子時秒長的定義是，在地球海平面上，銫原子基態(tài)的兩個超精細能級在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續(xù)的時間。1967年這一“秒”的長度代替了歷書時中“秒”的長度，它被稱為原子秒，成為國際單位制的時間單位。原子時的起算點是世界時1958年1月1日0時，即認為在這一瞬間原子時與世界時重合，但后來發(fā)現(xiàn)這一瞬間兩者并非真正重合，而是相差了0.0039秒，這一微小差異已作為歷史事實被保留了下來。原子時問世后，時間計量標(biāo)準(zhǔn)由天文學(xué)的宏觀領(lǐng)域過渡到物理學(xué)的微觀領(lǐng)域。

原子時的出現(xiàn)使計時工作達到了前所未有的高精度，它能提供精確而均勻的時間間隔，滿足精密校頻等物理學(xué)測量的要求。由于地球自轉(zhuǎn)存在著長期變慢，世界時也必然存在著長期變慢。于是，精確而均勻的原子時與存在長期變慢的世界時并不能簡單地對應(yīng)起來。然而另一方面，世界時又是不可缺少的，因為大地測量、天文導(dǎo)航和宇宙飛行器的跟蹤、定位等，都需要知道以地球自轉(zhuǎn)角度為依據(jù)的世界時時刻。為了協(xié)調(diào)原子時和世界時這兩種時間，在1960年國際無線電咨詢委員會和1961國際天文學(xué)聯(lián)合會的會議上，決定建立一種介于原子時與世界時之間的時間尺度，這種時間尺度是世界時時刻與原子時秒長間折衷協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，稱為協(xié)調(diào)世界時。

1960～l971年，作為一個過渡時期，曾建立過一種秒長稍有變化的協(xié)調(diào)世界時。到了1972年1月1日以后，開始采用一種秒長恒定的新的協(xié)調(diào)世界時系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的秒長嚴格等于原子時的秒長，但可以增加l秒或去掉l秒，增加l秒叫做正跳秒(又稱正閏秒)，去掉1秒叫做負跳秒(又稱負閏秒)，以便使協(xié)調(diào)世界時時刻與世界時時刻之差保持在+0.9秒或-0.9秒之內(nèi)。跳秒調(diào)整一般在6月30日或12月31日的最后1分鐘實施。由于地球自轉(zhuǎn)的長期變慢，自協(xié)調(diào)世界時實行以來，正跳秒幾乎每年都有一次，但負跳秒則從未出現(xiàn)過。今年6月30日將有一次正跳秒。

協(xié)調(diào)世界時雖然不是嚴格均勻的時間計量系統(tǒng)，但它與原子時有確定的換算關(guān)系，所發(fā)生的跳秒又被國際時間局記錄在案，所以它的時刻仍然能被納入均勻的時間計量的范疇。當(dāng)今，協(xié)調(diào)世界時已在人們生活中得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在鐘表所指示的時刻正是協(xié)調(diào)世界時。另一方面，根據(jù)逐年記錄在案的跳秒，還能從協(xié)調(diào)世界時計算出滿足天文觀測需要的世界時和均勻計時需要的原子時。因此，協(xié)調(diào)世界時的確是一種兼顧多方面需要的時間計量系統(tǒng)。

太空畫：時鐘 原子 地球 天體

與計時儀器的發(fā)展相應(yīng)，測時儀器也有了飛躍式的進步。20世紀下半葉起，隨著射電天文學(xué)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、空間技術(shù)等的發(fā)展，天體測量中的一批新技術(shù)，如甚長基線射電干涉測量、人衛(wèi)多普勒測量、激光測月、激光測人衛(wèi)等應(yīng)運而生，這些新技術(shù)在多個測量領(lǐng)域大顯身手，同時也用于測定世界時，精度可達毫秒（千分之一秒）和亞毫秒，到八十年代全面取代了經(jīng)典測時儀器。

從古刻這個“秒”到現(xiàn)代的原子秒，秒的變遷所反映的測時和計時技術(shù)的發(fā)展，是隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展而實現(xiàn)的。從古代的第一架日晷到今天精確度達到一天只差百萬分之一秒的原子鐘，其中的進步史也記錄著人類征服自然的前進步伐。

（責(zé)任編輯 張恩紅）