家長(zhǎng)們，有沒(méi)有被孩子問(wèn)過(guò)這樣的問(wèn)題？“媽媽，北京時(shí)間是不是北京來(lái)的呀？”“為什么手機(jī)不用調(diào)，時(shí)間就一直準(zhǔn)呢？”其實(shí)，時(shí)間不只是用來(lái)打卡上學(xué)、安排作息的工具，更是藏著硬核科學(xué)知識(shí)的“啟蒙教材”。

時(shí)間作為7個(gè)基本物理量（長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度）之一，是現(xiàn)代計(jì)量體系的重要基礎(chǔ)。我們?nèi)粘Ｊ褂玫摹氨本r(shí)間”，并非來(lái)自北京，而是由位于陜西省西安市的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心（以下簡(jiǎn)稱國(guó)家授時(shí)中心）產(chǎn)生的。

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心

國(guó)家授時(shí)中心是我國(guó)唯一專門、全面從事時(shí)間頻率基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的科研機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（北京時(shí)間）的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務(wù)，目前已建成國(guó)內(nèi)唯一的天地一體星地綜合衛(wèi)星導(dǎo)航授時(shí)試驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí)，它還負(fù)責(zé)運(yùn)行維護(hù)我國(guó)第一批重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——長(zhǎng)短波授時(shí)系統(tǒng)。

什么是國(guó)際“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間”？

全球通用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間叫協(xié)調(diào)世界時(shí)（Coordinate Universal Time,簡(jiǎn)稱UTC），你可以把它理解成“全球時(shí)間標(biāo)桿”。它是怎么來(lái)的呢？全球80多個(gè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室里的400多臺(tái)高精度原子鐘（一種高精度的精密計(jì)時(shí)裝置），會(huì)把數(shù)據(jù)定期傳給位于法國(guó)巴黎的國(guó)際權(quán)度局（BIPM），工作人員加權(quán)計(jì)算、校正后，就得出了UTC。

各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間都得向UTC對(duì)齊，而且根據(jù)國(guó)際規(guī)定，偏差不能超過(guò)100納秒——要知道1納秒就是十億分之一秒，快到讓人根本察覺(jué)不到。我國(guó)橫跨東五區(qū)、東六區(qū)、東七區(qū)、東八區(qū)、東九區(qū)5個(gè)地理時(shí)區(qū)，為了保障全國(guó)時(shí)間統(tǒng)一、便利生產(chǎn)生活與跨區(qū)域協(xié)同，統(tǒng)一使用首都北京所在的東八區(qū)時(shí)間，即在UTC的基礎(chǔ)上加8小時(shí)，這才有了我們每天看的“北京時(shí)間”。

“北京時(shí)間”如何與

國(guó)際“標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間”對(duì)齊？

我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間即北京時(shí)間（簡(jiǎn)稱UTC〔NTSC〕），若想和UTC保持一致，要走3步：

1.先把國(guó)家授時(shí)中心守時(shí)實(shí)驗(yàn)室里的30多臺(tái)原子鐘數(shù)據(jù)匯總計(jì)算，算出實(shí)驗(yàn)室的本地時(shí)間；

2.再用高精度的技術(shù)手段，測(cè)出UTC（NTSC）和UTC的偏差；

3.根據(jù)偏差大小和變化情況，調(diào)整主鐘頻率，讓北京時(shí)間精度跟上國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)在我國(guó)的原子時(shí)系統(tǒng)是全球17個(gè)重要的獨(dú)立地方原子時(shí)之一，2024年以來(lái)，北京時(shí)間和UTC的偏差只有1.4納秒，遠(yuǎn)低于國(guó)際要求的100納秒，準(zhǔn)確度在全球80多個(gè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室里排名第一。

為什么需要“高精度時(shí)間”？

現(xiàn)在時(shí)間精度已達(dá)到飛秒、阿秒甚至幺秒級(jí)。很多人會(huì)疑惑，這么高的精度有必要嗎？

答案是肯定的。高精度時(shí)間傳遞和時(shí)間同步，對(duì)現(xiàn)代各行各業(yè)都至關(guān)重要，不僅科學(xué)研究、精密工程需要，日常生活也離不開。一旦時(shí)間出現(xiàn)偏差，可能引發(fā)嚴(yán)重后果。

例如，月球探測(cè)中，1秒的時(shí)間偏差會(huì)讓月壤采集車與嫦娥探測(cè)器的定位誤差達(dá)幾公里；國(guó)際股票市場(chǎng)中，1微秒的時(shí)間偏差可能導(dǎo)致數(shù)千億元的交易波動(dòng)；電力系統(tǒng)中，1毫秒的時(shí)間偏差會(huì)造成變電站時(shí)序混亂，甚至引發(fā)大規(guī)模停電；衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，1納秒的時(shí)間偏差會(huì)導(dǎo)致30厘米的定位誤差。

如何把“北京時(shí)間”傳遞出去？

有了準(zhǔn)時(shí)間，還得通過(guò)各種“授時(shí)”方式傳出去。授時(shí)技術(shù)從古到今一直在升級(jí)，從古代的打更報(bào)時(shí)、晨鐘暮鼓，到現(xiàn)代的無(wú)線電、衛(wèi)星授時(shí)，精度也從“按小時(shí)算”提升到了“按皮秒算”，要知道1皮秒可是萬(wàn)億分之一秒，比納秒還要精確1000倍。

授時(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程

目前，國(guó)家授時(shí)中心主要通過(guò)以下手段授時(shí)，不同方式對(duì)應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域：

1

衛(wèi)星授時(shí)

精度達(dá)到納秒級(jí)，廣泛用在衛(wèi)星導(dǎo)航定位（手機(jī)導(dǎo)航、車輛定位）、航空航天（火箭發(fā)射、航天器測(cè)控）、海事航行（遠(yuǎn)洋船舶定位導(dǎo)航）等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域?qū)r(shí)間精度要求極高，哪怕只有1納秒的誤差，都可能導(dǎo)致導(dǎo)航定位偏差30厘米。

2

短波授時(shí)

精度達(dá)到毫秒（1毫秒等于1‰秒）級(jí)，適合野外作業(yè)（地質(zhì)勘探、野外測(cè)繪）、遠(yuǎn)洋漁業(yè)（漁船定位和時(shí)間同步）、偏遠(yuǎn)地區(qū)通信基站校準(zhǔn)等場(chǎng)景。短波傳播距離特別遠(yuǎn)，能到幾萬(wàn)公里，哪怕在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的深山或遠(yuǎn)海，也能接收到信號(hào)，幫設(shè)備校準(zhǔn)時(shí)間。

3

長(zhǎng)波授時(shí)

精度達(dá)到微秒（1微秒等于一百萬(wàn)分之一秒）級(jí)，主要用于電力系統(tǒng)（電網(wǎng)調(diào)度、變電站時(shí)序同步）、鐵路交通（高鐵運(yùn)行調(diào)度、信號(hào)系統(tǒng)校準(zhǔn)）。未來(lái)國(guó)家授時(shí)中心還會(huì)在甘肅敦煌、新疆庫(kù)爾勒、西藏那曲增設(shè)3個(gè)增強(qiáng)型長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)，建成后能實(shí)現(xiàn)我國(guó)西部地區(qū)長(zhǎng)波授時(shí)全覆蓋，精度還會(huì)提升到百微秒（1百微秒等于萬(wàn)分之一秒）級(jí)，讓西部的電力、交通設(shè)施時(shí)間同步更精準(zhǔn)。

4

低頻時(shí)碼授時(shí)

精度在百微秒級(jí)，最貼近我們的日常生活。咱們平時(shí)用的電波表、電波鐘，就是靠它自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)間，不用手動(dòng)調(diào)校，每天一到固定時(shí)間，設(shè)備就會(huì)悄悄接收信號(hào)，把時(shí)間對(duì)準(zhǔn)北京時(shí)間。

5

互聯(lián)網(wǎng)授時(shí)

分為兩種精度：“NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議”“PTP精密時(shí)間協(xié)議”。

先說(shuō)說(shuō)咱們最熟悉的場(chǎng)景：電腦開機(jī)后自動(dòng)校時(shí)、手機(jī)聯(lián)網(wǎng)后時(shí)間精準(zhǔn)同步，這些日常需求靠的是NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議。它能把北京時(shí)間打包成時(shí)間信號(hào)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)送到你的設(shè)備上，讓設(shè)備時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間對(duì)齊。雖然它的精度是毫秒級(jí)，但對(duì)日常使用來(lái)說(shuō)完全夠用：例如你在電商平臺(tái)下單，NTP能確保訂單時(shí)間準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)“A設(shè)備顯示9:00，B設(shè)備顯示9:01”的混亂。

但有些行業(yè)對(duì)時(shí)間精度的要求要嚴(yán)格得多，例如金融行業(yè)的線上支付、云計(jì)算中心的服務(wù)器集群，時(shí)間差一點(diǎn)點(diǎn)就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。這時(shí)候，PTP精密時(shí)間協(xié)議就該登場(chǎng)了。它的精度能達(dá)到亞微秒級(jí)（比微秒還快，接近納秒），相當(dāng)于給時(shí)間信號(hào)裝了精準(zhǔn)導(dǎo)航，能精準(zhǔn)消除互聯(lián)網(wǎng)傳輸中的延遲誤差，讓金融交易、服務(wù)器集群的時(shí)間同步做到分毫不差。

6

電話授時(shí)

精度是毫秒級(jí)，主要服務(wù)于國(guó)防通信、金融專網(wǎng)、政務(wù)專用通信等對(duì)保密性要求高的領(lǐng)域。它通過(guò)公共交換電話網(wǎng)絡(luò)傳遞時(shí)間，采用實(shí)時(shí)雙向線路交換的方式，只有專用用戶能接收信息，抗干擾能力強(qiáng)，哪怕外界有信號(hào)干擾，也能穩(wěn)定傳遞時(shí)間。

歡迎使用，記得關(guān)注喲

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時(shí)間不僅控制著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的有序運(yùn)行，還制約著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，是關(guān)乎國(guó)家主權(quán)和命脈的大事。時(shí)間頻率是國(guó)家戰(zhàn)略安全的重要基石，也是衡量大國(guó)科技實(shí)力與綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。

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責(zé)任編輯｜趙青云 李雅欣

運(yùn)營(yíng)編輯｜李雅欣

質(zhì)量審核 | 王維嘉

圖文來(lái)源 | 《知識(shí)就是力量》雜志《誰(shuí)在“校準(zhǔn)”北京時(shí)間》，撰文·供圖/薛艷榮、劉永鑫、趙書紅、劉婭、李孝輝（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心），原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。

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