家長們，有沒有被孩子問過這樣的問題？“媽媽，北京時間是不是北京來的呀？”“為什么手機不用調(diào)，時間就一直準呢？”其實，時間不只是用來打卡上學、安排作息的工具，更是藏著硬核科學知識的“啟蒙教材”。

時間作為7個基本物理量（長度、質(zhì)量、時間、電流、熱力學溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強度）之一，是現(xiàn)代計量體系的重要基礎(chǔ)。我們?nèi)粘Ｊ褂玫摹氨本r間”，并非來自北京，而是由位于陜西省西安市的中國科學院國家授時中心（以下簡稱國家授時中心）產(chǎn)生的。

中國科學院國家授時中心

國家授時中心是我國唯一專門、全面從事時間頻率基礎(chǔ)研究和應用研究的科研機構(gòu)，承擔著我國國家標準時間（北京時間）的產(chǎn)生、保持和發(fā)播任務，目前已建成國內(nèi)唯一的天地一體星地綜合衛(wèi)星導航授時試驗平臺。同時，它還負責運行維護我國第一批重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——長短波授時系統(tǒng)。

什么是國際“標準時間”？

全球通用的標準時間叫協(xié)調(diào)世界時（Coordinate Universal Time,簡稱UTC），你可以把它理解成“全球時間標桿”。它是怎么來的呢？全球80多個守時實驗室里的400多臺高精度原子鐘（一種高精度的精密計時裝置），會把數(shù)據(jù)定期傳給位于法國巴黎的國際權(quán)度局（BIPM），工作人員加權(quán)計算、校正后，就得出了UTC。

各國的標準時間都得向UTC對齊，而且根據(jù)國際規(guī)定，偏差不能超過100納秒——要知道1納秒就是十億分之一秒，快到讓人根本察覺不到。我國橫跨東五區(qū)、東六區(qū)、東七區(qū)、東八區(qū)、東九區(qū)5個地理時區(qū)，為了保障全國時間統(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)時間，即在UTC的基礎(chǔ)上加8小時，這才有了我們每天看的“北京時間”。

“北京時間”如何與

國際“標準時間”對齊？

我國現(xiàn)行的標準時間即北京時間（簡稱UTC〔NTSC〕），若想和UTC保持一致，要走3步：

1.先把國家授時中心守時實驗室里的30多臺原子鐘數(shù)據(jù)匯總計算，算出實驗室的本地時間；

2.再用高精度的技術(shù)手段，測出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，讓北京時間精度跟上國際標準。

現(xiàn)在我國的原子時系統(tǒng)是全球17個重要的獨立地方原子時之一，2024年以來，北京時間和UTC的偏差只有1.4納秒，遠低于國際要求的100納秒，準確度在全球80多個守時實驗室里排名第一。

為什么需要“高精度時間”？

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

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

例如，月球探測中，1秒的時間偏差會讓月壤采集車與嫦娥探測器的定位誤差達幾公里；國際股票市場中，1微秒的時間偏差可能導致數(shù)千億元的交易波動；電力系統(tǒng)中，1毫秒的時間偏差會造成變電站時序混亂，甚至引發(fā)大規(guī)模停電；衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)中，1納秒的時間偏差會導致30厘米的定位誤差。

如何把“北京時間”傳遞出去？

有了準時間，還得通過各種“授時”方式傳出去。授時技術(shù)從古到今一直在升級，從古代的打更報時、晨鐘暮鼓，到現(xiàn)代的無線電、衛(wèi)星授時，精度也從“按小時算”提升到了“按皮秒算”，要知道1皮秒可是萬億分之一秒，比納秒還要精確1000倍。

授時技術(shù)的發(fā)展歷程

目前，國家授時中心主要通過以下手段授時，不同方式對應不同應用領(lǐng)域：

1

衛(wèi)星授時

精度達到納秒級，廣泛用在衛(wèi)星導航定位（手機導航、車輛定位）、航空航天（火箭發(fā)射、航天器測控）、海事航行（遠洋船舶定位導航）等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域?qū)r間精度要求極高，哪怕只有1納秒的誤差，都可能導致導航定位偏差30厘米。

2

短波授時

精度達到毫秒（1毫秒等于1‰秒）級，適合野外作業(yè)（地質(zhì)勘探、野外測繪）、遠洋漁業(yè)（漁船定位和時間同步）、偏遠地區(qū)通信基站校準等場景。短波傳播距離特別遠，能到幾萬公里，哪怕在沒有網(wǎng)絡的深山或遠海，也能接收到信號，幫設(shè)備校準時間。

3

長波授時

精度達到微秒（1微秒等于一百萬分之一秒）級，主要用于電力系統(tǒng)（電網(wǎng)調(diào)度、變電站時序同步）、鐵路交通（高鐵運行調(diào)度、信號系統(tǒng)校準）。未來國家授時中心還會在甘肅敦煌、新疆庫爾勒、西藏那曲增設(shè)3個增強型長波授時臺，建成后能實現(xiàn)我國西部地區(qū)長波授時全覆蓋，精度還會提升到百微秒（1百微秒等于萬分之一秒）級，讓西部的電力、交通設(shè)施時間同步更精準。

4

低頻時碼授時

精度在百微秒級，最貼近我們的日常生活。咱們平時用的電波表、電波鐘，就是靠它自動校準時間，不用手動調(diào)校，每天一到固定時間，設(shè)備就會悄悄接收信號，把時間對準北京時間。

5

互聯(lián)網(wǎng)授時

分為兩種精度：“NTP網(wǎng)絡時間協(xié)議”“PTP精密時間協(xié)議”。

先說說咱們最熟悉的場景：電腦開機后自動校時、手機聯(lián)網(wǎng)后時間精準同步，這些日常需求靠的是NTP網(wǎng)絡時間協(xié)議。它能把北京時間打包成時間信號，通過互聯(lián)網(wǎng)送到你的設(shè)備上，讓設(shè)備時間和標準時間對齊。雖然它的精度是毫秒級，但對日常使用來說完全夠用：例如你在電商平臺下單，NTP能確保訂單時間準確，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)對時間精度的要求要嚴格得多，例如金融行業(yè)的線上支付、云計算中心的服務器集群，時間差一點點就可能導致數(shù)據(jù)錯亂。這時候，PTP精密時間協(xié)議就該登場了。它的精度能達到亞微秒級（比微秒還快，接近納秒），相當于給時間信號裝了精準導航，能精準消除互聯(lián)網(wǎng)傳輸中的延遲誤差，讓金融交易、服務器集群的時間同步做到分毫不差。

6

電話授時

精度是毫秒級，主要服務于國防通信、金融專網(wǎng)、政務專用通信等對保密性要求高的領(lǐng)域。它通過公共交換電話網(wǎng)絡傳遞時間，采用實時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，哪怕外界有信號干擾，也能穩(wěn)定傳遞時間。

歡迎使用，記得關(guān)注喲

歡迎使用，記得關(guān)注喲

時間不僅控制著經(jīng)濟社會的有序運行，還制約著科學技術(shù)的發(fā)展，是關(guān)乎國家主權(quán)和命脈的大事。時間頻率是國家戰(zhàn)略安全的重要基石，也是衡量大國科技實力與綜合國力的重要標志。

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責任編輯｜趙青云 李雅欣

運營編輯｜李雅欣

質(zhì)量審核 | 王維嘉

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《誰在“校準”北京時間》，撰文·供圖/薛艷榮、劉永鑫、趙書紅、劉婭、李孝輝（中國科學院國家授時中心），原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

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