注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

星海微萤(文摘版)

为天文研究工作者、天文爱好者和大众提供有用的信息

 
 
 

日志

 
 

时间计量(2015 年 7—12 月)  

2015-08-06 09:12:03|  分类: 时间计量 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

目录

075960,闰秒又来了(2015 7 1 日科技日报)

世界为啥“多”一秒(2015 7 1 日中国科学报)

一秒一世界——闰秒的风景(2015 7 2 日科技日报)

“闰秒之争”引发人们思考时间(2015 7 2 日文汇报)

多加一闰秒,有喜又有忧(2015 7 3 日科技日报)

朝将平壤时间后推半小时(2015 8 8 日参考消息)

“平壤时间”或影响朝鲜进出口(2015 8 13 日参考消息)

中国锶光钟:1.38亿年不差一秒(2015 9 30 日科技日报)

2015年全国时间频率学术会议在京召开(2015 10 8 日科技日报)

夏令时延长致美抢劫率上升(2015 11 2 日中国科学报)

为国而生,向时而立(2015 11 23 日中国科学报)

解读日迹图背后的时差奥秘(2015 12 3 日科技日报)

“与时间同行”的历史脚步(2015 12 4 日中国科学报)

英研制世界上最昂贵材料制造最小原子钟(2015 12 8 日参考消息)

“内嵌富勒烯”凭啥一克一亿英镑(2015 12 9 日科技日报)

上海天文台星载氢钟研制获得突破(2015 12 9 日上海科技报)

科技日报2015国内国际十大科技新闻揭晓(节选)(2015 12 28 日科技日报)



 


科技日报 2015 7 1

075960,闰秒又来了

科技日报北京630日电 (记者林莉君 通讯员刘旭红)闰秒来了!请于北京时间71日早上8点,将表调慢一秒。“这是一次全球行动。北京处于东八区,我国会出现075960的特殊现象。”中国计量科学研究院时间频率所张爱敏研究员告诉记者。

1972年协调世界时作为全球标准时间使用以来,这是第26次实施闰秒。闰秒的实施是为了保持两种不同的时间计量方式——天文时和原子时的一致。“借助天文观测得到地球自转的平均周期,然后把它分为86400份,得到前者的秒长;把碱金属铯133原子两个超精细能级间跃迁辐射9192631770个周期定义为后者的秒长。”张爱敏解释道。

协调世界时就是原子时和天文时的“折中”时标。当两者相差0.9秒时,设在法国巴黎的国际地球自转服务组织就向世界发布公告,将在下一个6月或12月最后一天的最后一分钟,把协调世界时拨慢或拨快1秒,也就是正负闰秒。

但是,这个“折中”的做法在学术界引发了越来越大的争议。“闰秒虽然不会给普通的日常生活带来什么影响,在许多现代科技中却显示了负面作用。因为实施闰秒不仅耗费人力物力,还有误操作的风险。”张爱敏说。为了保证准确导航、定位、授时,美国GPS、中国北斗系统、欧洲伽利略都采用了不间断(不闰秒)的时标。

    而原子秒长稳定度要比天文秒要好上数亿倍。“目前全世界最好的铯喷泉基准钟的相对准确度相当于60008000万年不差1秒。”中国工程院院士、中国计量科学研究院首席研究员李天初告诉记者。

    今年下半年,国际电信联盟将第三次表决取消闰秒。“我国已经就取消闰秒取得共识。这次表决如果达成一致,协调世界时将回归原子时。”李天初说。

 


中国科学报 2015 7 1

世界为啥“多”一秒

本报记者 王珊

回放:

这两天,“闰秒”可谓在网络和朋友圈爆红。北京时间7175959秒之后,人们会经历一个特别的75960秒。这一刻,全世界的钟表将拨慢一秒钟。几乎所有人都在期待这一刻的来临。

疑问:

什么是闰秒?它是如何产生的?闰秒的调整会对人类带来哪些影响?

解答:

今年,全球将迎来史上第26次闰秒。

地处陕西西安的中科院国家授时中心,承担着中国的标准时间的产生、保持和发播任务。不久,“闰秒”的调整也将由该中心来完成。

国家授时中心副所长张守刚告诉《中国科学报》记者,中心时频基准实验室现在已经准备就绪,将在北京时间20157175959秒和全球同步进行闰秒调整,静待这一秒的降临。

那么,闰秒是如何产生的呢?一切都需要从人们对时间的判断说起。远古时代,人们日出而作日落而息,地球自转周期作为人们生产生活的时间判断标准,这种计时方法被称为“世界时”。

如果地球自转周期是稳定不变的,也许现在我们还在数着“世界时”来过日子。然而,20世纪20年代,天文学家发现,由于地球上的季节性气流和洋流的运动,地球自转有周期性的变化。

这个时候,人们开始提出新的计时方法——原子时。由于原子内部震荡不受外界环境影响,因此非常稳定和精确。1948年,英国制造出世界上第一台“原子钟”。随后,美国、加拿大等国也相继研制出原子钟。

1967年,第十三届国际度量衡大会定义和引进了原子时系统,将195811日零时零分零秒作为“原子时”的计时起点,并与“世界时”重合。

不过,随着时间的积累,张守刚表示,精确的“原子时”与以地球自转周期为基础和标准的“世界时”的误差越来越大。据了解,从1958年以来,两者之间已经存在68秒的“钟差”。

为了保证时间的准确和稳定,国际上规定,当积累的误差接近0.9秒的时候,就将协调世界时调整一下,跟进世界时的时刻。协调世界时应运而生。基于此,每隔两年,协调世界时将停下来等待一秒,使其与“世界时”更接近,这是通过“闰秒”来实现的。

那么,如果不增加这一秒又会有什么影响呢?张守刚说,如果按照现在世界时与原子时之间时差的累积速度来看(39年减慢了24秒),大概在五千年后,太阳升起的时间可能就会与现在相差1个小时,而3万年就会差6个小时,可能会出现六点钟人们起床,但是太阳已经很晒了。

一秒钟,太空垃圾可以移动10公里,摧毁航天器;1秒钟,新型高速相机能够拍摄万亿帧照片……也因此,在某一些领域,1秒钟非常重要。

张守刚告诉记者,闰秒调整对普通民众的日常生活不会产生影响,但对于通信、金融的影响会比较大,比如,美国曾因闰秒调整早一秒,出现过金融系统错乱,损失高达350亿美元。

此外,电网故障的维修、电网与电网之间的并网,都需要使用精密时间,如果出了1秒钟的误差,甚至有可能使整张电网停电甚至崩溃。

 


科技日报 2015 7 2

一秒一世界——闰秒的风景

时间计量(2015 年 7—8 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

很少有人会注意到,71日这一天,我们的时间悄悄“多”出一秒钟。国际标准时间在格林尼治时间2015630日实施了一个正闰秒,即增加1秒。由于时差的原因,中国在北京时间201571日的75959秒和全球同步进行闰秒调整。

当前,全球使用两种时间计量系统:基于地球自转的世界时和以原子振荡周期确定的原子时。由于地球自转速率的变化,世界时的秒长会有微小的变化。为了与更加精确的原子时协调,就会不定期用闰秒的方式对世界时进行调整。

这是201571日闰秒调整时拍摄的北京正阳门。

新华社记者 程丽摄

 


文汇报 2015 7 2

“闰秒之争”引发人们思考时间

专家认为取消闰秒进入原子时时代为时尚早

本报记者 沈湫莎

时间计量(2015 年 7—8 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 

昨天早上7:59:59秒之后,并不是8:00:00,而是7:59:60,这多出的一秒就是闰秒。自1972630日以来,这已是第26次人为添加闰秒。有消息称,今年11月举行的国际无线电通信大会将讨论是否取消闰秒问题,如若达成一致取消意见,那么今年的“添秒”将是最后一次。

闰秒是两种时间制妥协产物

当前,全球使用两种时间计量系统:基于地球自转的世界时和以原子振荡周期为基础的原子时。20世纪20年代,天文学家发现,地球自转速率并不是匀速的,季节性气流和洋流都会造成地球自转速度变化,大约100年后,地球每天都要增加1.8毫秒。

毫秒级的差距虽然看着不起眼,但对航空航天、无线通信等对时间精度要求极高的领域却不是小事。1948年,英国制造出世界上第一台原子钟,取微观世界的铯原子两个超精细能级间跃迁辐射频率来定义时间,由于原子内部振荡不受外界环境影响,其精确度每天变化不超过千万分之一秒。195811日零时零分零秒,也被定义为原子时起点,时至今日,原子时和世界时已有68秒的“钟差”。

为了将两者统一起来,人们开始调节世界时。具体做法是,当两者“钟差”超过0.9秒时,人为将原子时增加一秒,使其和世界时更接近。1972年至今,每一到两年左右增加一次闰秒。

闰秒添加带来“不安定因素”

尽管闰秒是按照国际地球自转局公告的全世界统一行动,但近些年来,关于闰秒的存在价值一直备受关注。

由于地球自转速度不确定,为了这一秒钟,时间和计量方面的专家可是“煞费苦心”。当年是不是有闰秒,提前6个月才能知道,这使得添加闰秒没有规律可循、不能自动实施,只能依靠人工干预。

人工干预难免出现差错,上一次出现闰秒是在2012年,当年许多计算机系统还不懂得如何接受多出来的1秒,多家科技公司都出现“当机”情况,而谷歌躲过了这一劫。据一家美国科技媒体网站透露,它是做了充分的准备,将1秒拆分成了1000毫秒,利用一天的时间逐渐“不知不觉”地加入系统中完成的。

随着人类与互联网的关系越来越紧密,1秒钟在网上产生的信息量难以估量,许多人担心某一次添加不当会带来更严重的后果,中国计量科学院首席研究员李天初院士就指出,目前没有实例证实取消闰秒会带来有害影响,而且放着现成的原子时不用,去添加闰秒并无价值。

时间要更精确还是更自然

如果使用原子时,在很长时间内人们将一劳永逸地解决添加时间的烦恼,因为目前为止最精确的时间测量方式铯原子钟的误差为140万年相差1秒,不过大约6.5万年后,也许会出现“顶着星星去上课”的情景(如果那时还有学校的话),因为原子时显示的早上8点正是群星密布的晚上8——原子时和世界时相差12个小时。

“日夜交替、四季变化让人类产生了时间的概念,而原子时完全是一个物理概念,如果一味用原子时代替世界时,就会割裂人类与大自然的联系。”中科院国家授时中心时间频率基准实验室主任董绍武说。

人们担心闰秒对互联网的冲击,董绍武认为这是夸大其词。为了让我国的电脑系统平安度过闰秒,国家授时中心提前很长时间做了准备,并反复模拟演练,截至目前,我国还未发生过由于闰秒引起的动荡。

至于闰秒会否在今年年底“终结”,董绍武认为可能性不大。“国际无线电通信大会并不采用表决制,而是采用说服制,也就是说要全体成员达成一致意见,才能决定是否修改现行时间标准,鉴于目前对闰秒的去留意见不一,很难在一次大会上获得共识。”董绍武说,比起取消闰秒,他认为人们更应该考虑取消闰秒后各国如何更新授时设备,“目前还没有人考虑过这些”。

取消闰秒意味着人们将采用原子计时,更精确还是自然,你会怎么选?

 


科技日报 2015 7 3

多加一闰秒,有喜又有忧

郭 爽

幸福的时刻“哪怕只多一秒”也好。这一愿望真的在格林尼治时间630日午夜(北京时间7175959),通过增加闰秒而实现。事实上,自1972年起,为帮助“世界时”追赶“原子时”,我们的钟表已拨慢了26秒。

一秒,究竟能发生什么?

滴答之间,一只苍蝇可以扇动翅膀约200次,一颗子弹可以穿越900米,一艘飞船可以飞行约8公里,一束光可以做30万公里旅行,全世界有可能出生4个婴儿……

或许,这些都算不上什么惊天动地的大事。不过,毫无规律地增加一秒,还是会让不少人伤脑筋。

最容易“受伤”的莫过于计算机和互联网相关领域。连续两次出现同一秒钟,计算机和服务器可能“无所适从”,电子邮件可能迷失“方向”,重要数据可能丢失……

据报道,最新增加的这一秒,已让巴西50%的网络碰到问题。而在上一次出现闰秒的2012年,Linux操作系统和Java应用平台未能幸免,多家互联网企业中招;澳大利亚航空公司的计算机系统“死机”数小时,被迫人工检查乘客登机;全球数十家航空公司使用的“阿马迪厄斯”预订系统出现故障,400多架航班延误……

有“Linux之父”之称的利努斯·托瓦尔兹曾对媒体说:“几乎每一次出现闰秒时,我们都会发现点什么。这真的有点烦人,因为这是代码基本上无法运行的一个典型例子,在正常情况下用户无法对其进行测试。”

随着与原子钟同步的计算机和服务器数量不断增加,3年来首次增添的这次闰秒,会让人们发现新的问题。更何况闰秒的发生并没有规律,增加闰秒的决定通常提前6个月宣布,因此对应闰秒的时间调整无法一开始就写在程序里或更早做好准备。

谷歌公司的解决办法是,把这增加的一秒分解成若干毫秒,逐步添加到系统时钟的更新中,以慢慢追上“原子时”,确保网络时间协议与调整后的时间同步,从而保证系统不会中断。亚马逊网络服务也采取了类似办法,将多出来的这一秒分散到数小时中,以保证其系统不受这一变化影响。

当然也有其他办法,比如像Linux操作系统一样,在协调世界时(UTC)时间235959时重复数两次第60秒,或者像微软系统一样,忽略闰秒,在闰秒增加之后再让系统时间与UTC同步。

在那些需要精准对时的航天、通讯、电信、金融等领域,“搞不定”这一秒更有可能引来大麻烦。这也是美国全球定位系统、中国北斗卫星导航系统、欧洲伽利略卫星导航系统都“不带闰秒玩”的原因。

尽管互联网最易在闰秒中“受伤”,但互联网也从不缺少娱乐精神。有网站办起“闰秒”狂欢,或是让人们记录这一秒的生活瞬间;有网友凑热闹说,今天要早一秒下班,以平衡闰秒增加的工作量。如果你是“程序猿”,可能要为这一秒额外花很多功夫。可如果你今天过生日,快乐也会多一点。

(据新华社电) 

 

 


参考消息 2015 8 8

脱离日本殖民时代标准时间

朝将平壤时间后推半小时

时间计量(2015 年 7—9 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 


参考消息 2015 8 13

“平壤时间”或影响朝鲜进出口

时间计量(2015 年 7—9 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版)

 

 

 


科技日报 2015 9 30

中国锶光钟:1.38亿年不差一秒

数据首次被国际采纳 为重新定义秒争得话语权

科技日报北京929日电(记者林莉君 通讯员陈杭杭)29日,记者从中国计量科学研究院获悉,该院研制的锶87原子光晶格钟(以下简称锶光钟)数据首次被国际频率标准工作组采纳,为我国未来在重新定义秒的国际问题上争得了话语权。

中国计量院锶原子光晶格钟研究工作始于2007年,由方占军研究员领衔的创新团队承担。20157月,该团队顺利完成了锶光钟的第一次系统频移评定和绝对频率测量工作,准确度达到2.3×10-16,相当于1.38亿年不差一秒。

方占军告诉科技日报记者,锶光钟是目前世界上频率稳定度最高的原子钟,也是研究最多的冷原子光晶格钟,高出现行秒定义所采用的铯原子喷泉钟2个数量级,被认为是新一代秒定义最有潜力的候选者。目前,包括中国计量院在内,已有美国科罗拉多大学与美国标准与技术研究院联合实验室、日本东京大学、法国巴黎天文台时间频率标准实验室等8家单位的锶光钟数据被国际频率标准工作组采纳。

914日,国际频率标准工作组在法国召开的会议上决定,于2025年—2028年间完成新一代秒的定义。如果使用光钟的新技术来重新定义秒,将对全球卫星定位导航系统、人类探索宇宙和研究物理学规律等领域产生极为深远的影响。

“如果我们在这方面失去话语权,现有的系统就不能够独立复现秒定义,所有与此相关的科研和应用都将失去独立性。”方占军说,下一步,研究组将进一步提高锶光钟的准确度。

 


科技日报 2015 10 8

2015年全国时间频率学术会议在京召开

科技日报讯(陈杭杭林莉君)近日,由中国计量科学研究院承办的全国时间频率学术会议(CTFS2015)在北京开幕。中国工程院院士李天初在题为《纪念原子钟60年:NIM时标比对、喷泉钟报数、锶光钟出数》的特邀报告中,全面介绍了中国计量科学研究院在时间频率领域取得的最新科研进展。

持续两天的会议中,来自航天科工203所、清华大学、北京大学、中国科学院国家授时中心等单位的280余位专家学者在“光频标、微波频标”“守时、授时及传递相关专题”两大分会场进行了专题报告和学术讨论,全面展示了国内最新研究成果,实现了时间频率领域专家学者间信息共享和思维碰撞。

全国时间频率学术会议是我国时间频率领域规模最大、学术水平最高、科研成果最新和专业性最强的时间频率技术交流会议,每两年举办一届。

 

 


中国科学报 2015 11 2

夏令时延长致美抢劫率上升

时间计量(2015 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

本报讯 美国《华盛顿邮报》报道称,在夏令时(为利用夏季的季节性日光从春季开始提前1小时的作息方法)结束,进入秋季之后,犯罪分子会借用黄昏时夜幕的掩盖进行更多抢劫事件。从2007年开始,美国的夏令时延长了一个月,这让研究人员可以单独地分析这一时间的变化对社会活动的影响。

近日发表于《经济学和统计学评论》杂志的一项研究发现,这一时段内的抢劫事件发生率增加了7%,同时在太阳落山时和落山后的抢劫率上升了27%。而在清晨,抢劫发生率并未增长。这些发现引出的问题是,是否应该延长夏令时。(红枫)

 


中国科学报 2015 11 23

为国而生,向时而立

——走访中国科学院国家授时中心

本报记者 倪思洁

时间计量(2015 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

短波授时天线阵列

 

时间计量(2015 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

国家授时中心科研园区大门

 

时间计量(2015 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

授时天线

 

时间计量(2015 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

张首刚

国家授时中心供图

 

下午三点,中国科学院国家授时中心的大钟响了三声,二楼的会议室里,挂钟的秒针精确地指向“12”。

“时间究竟是什么?没有人问我,我倒清楚,有人问我,我想说明,便茫然不解了。”这是古罗马哲人奥古斯丁曾发出的“时间之问”。

1600年后,在中国骊山的脚下,中科院国家授时中心正在为回答“时间之问”贡献自己的智慧,“时间是什么”成为这里的科研人员日夜探索的问题。

长安城的守钟人

国家授时中心大楼的一层和负一层,安放着30多台原子钟,这些都是董绍武精心照料的宝贝。

1983年,大学毕业的董绍武走进了国家授时中心。在这个当时名为临潼县的陕西县城里,“国家授时中心”已经是一个响当当的名字。32年里,董绍武亲眼见证了原子钟稳定度越来越好的过程。

如今,董绍武已经是时间基准实验室首席研究员。他带领着这个实验室的另外16名科研人员,以“三班倒”的节奏照顾着25台铯原子钟和6台氢原子钟。

“时间基准实验室是国家授时中心的核心部门。我们的任务就是产生时间,并守住时间。”在铯原子钟机房的两套大设备中间,董绍武微笑着对《中国科学报》记者说。

对于这个实验室的工作人员来说,原子钟就像他们的孩子,他们的一大任务,就是维护好这些精密的仪器设备。“氢原子钟比铯原子钟更娇气。我们把它放在保温箱里,温度变化不能超过0.1摄氏度,否则会影响它的精准度。”董绍武在氢原子钟机房里抚着保温箱说。

不仅如此,每天,他们还要根据原子钟的数据计算出时间,并将原始数据和计算后的数据上传给国际时间局,用来计算国际标准时间。

“我们实验室是全球最重要的守时实验室之一。目前全世界共有400多台原子钟,按照常规,每个月国际时间局会根据各地原子钟数据,计算和发布一次国际标准时间。我们的原子钟对国际原子时计算的权重贡献已经位列世界前四。”董绍武说。

国家授时中心的这个核心部门同样是媒体界的宠儿。“每一次要闰秒的时候,早晨7点多就会有媒体到我们这里来采访。”董绍武说。

半世纪的辉煌路

国家授时中心的故事,要从半个世纪前说起。

上世纪60年代中期,国家从战略需要考虑,决定在我国内陆腹地建设一个完整的专用授时台。

于是,“1966年,国家科委批准中科院在陕西关中建设西北授时台作为战备授时台,后改称‘西北天文台’、‘陕西天文台’。2001年,中央机构编制委员会批准陕西天文台更名为‘中国科学院国家授时中心’。”国家授时中心主任张首刚告诉记者。

就这样,国家授时中心成了我国唯一的专门从事时间频率科学和技术研究的科研机构,同时开展着卫星导航定位技术研究,承担着我国标准时间的产生、保持和发播任务。这里的长短波授时系统,同样也成了国家不可或缺的基础性工程和社会公益设施。

当下,科技发展、经济建设和国防安全,对高精度时间频率服务的准确性、稳定性、可靠性、全天候提出了越来越高的要求。而时间上的毫厘之差,会带来距离上的千里之谬。

“比方说飞船对接,一旦时间上差了百万分之一秒,在距离上就会出现300米的偏差。”董绍武说。

50年来,国家授时中心先后建立短波授时系统、长波授时系统、低频时码授时系统、卫星授时系统、网络授时系统、可信时间认证服务等,逐渐形成了全方位、多手段、多层次的国家授时服务体系。

空间技术、测绘、地震、交通、通信、气象、地质……诸多行业和部门都在接受和应用着来自国家授时中心的授时服务。

近年来,国家授时中心的时间基准保持能力已经位列世界先进水平,负责产生和保持的地方原子时和协调世界时的准确度及中长期稳定度等主要指标在全球70多个国家时间实验室中位居前茅。

无止境的求索心

2007年,国家授时中心研究员常宏也成了研究时间的一员,不过,他看上去更像一名“地下工作者”。

常宏所在的量子频标实验室位于地下一层。他进入实验室之前,需要换上专门的工作装和鞋子,并穿过风淋通道。

近年来,光钟已经成为国际计量科学发展的一大热点。有研究成果表明,光钟将比目前最好的微波钟精度高100倍以上,将能提供“对物理世界更细致的观察”,并将有助于对自然界基本定律的更深入的认识和检验。该研究成果也将对卫星导航、通信及计算机网络同步等应用领域产生影响。

2006年起,国家授时中心就已经开始部署光钟研究。“对于精密测量领域来说,研究没有尽头。”常宏告诉记者。

对于国家授时中心来说,努力也永无止境。

今年330日,首颗新一代北斗导航卫星发射成功。国家授时中心按照工程大总体的要求,对该星完成了大纲规定的所有测试项目。各项测试结果符合或优于预测结果,它们是卫星交付的重要依据。

张首刚介绍,面向世界科技前沿和国家战略需求,国家授时中心正在着力提升守时授时技术水平、拓展授时手段,开展卫星导航信号体制、精密测定轨及卫星导航系统测试评估技术研究,建设我国唯一的卫星导航星地综合实验和评估系统。

目前,国家授时中心已经形成“原子钟—守时—授时—用时”的时间频率学科链,以及“时间—信号—轨道”为特色的卫星导航系统研发技术优势。

张首刚告诉记者,未来,国家授时中心将继续坚持“三个面向”,立足时间频率和导航定位领域,围绕国家定位、导航与授时体系建设的重大任务需求和国家授时服务需求,开展量子频标、授时理论与方法、时间频率测量与传递、授时方法与技术、导航定位、应用开发与服务等方面的基础研究、技术攻关和系统集成研究,发展成为特色鲜明的国际先进科研机构。

 


科技日报 2015 12 3

《前沿科学》2015年第3期重点论文推介

解读日迹图背后的时差奥秘

本报记者徐 玢

许多摄影爱好者拍摄过这样的照片:把照相机对准选定的方向固定好,在一年中选取若干天,在这些天的同一时刻拍摄太阳,并在同一张底片上曝光。那么一年之后,就会发现太阳在天空中的轨迹形似一个“8”字。那么,从这样一张照片能否知道拍摄的地理纬度和拍摄时间?北京天文馆副研究员李鉴在《前沿科学》2015年第三期刊发文章《关于时差的几个问题》,厘清关于时差的若干问题,并介绍了“日行迹”摄影图的分析办法。

时差是天文学中的重要概念,在改正日晷时间、精确计算太阳升落时间和白昼长度等方面都有十分重要的应用。天文学上定义真太阳时角与平太阳时角之差为时差。所谓真太阳时是以真正的太阳为参考点确定的时间。古代的日晷所表示的时间就是真太阳时。但由于地球自转同时还绕日公转,而且公转速度是不均匀,所以真太阳时在日常生活中应用很不方便。天文学家引入一个天球上的假设点——平太阳,它在天球上以均匀的速度(公转与自转速度之和)运动。以平太阳为参考点确定的时间为平太阳时,即日常生活用的钟和手表显示的时间。

李鉴认为,时差产生的原因是黄赤交角的存在和地球沿椭圆轨道绕日运动。由于真太阳的周年视运动是不均匀的,而平太阳的周年视运动是均匀的,所以时差η不是一个固定值。“有人将时差η分解为由黄赤交角和地球非匀速运动引起的两部分,这种做法并不科学,忽视了两者之间的相关性。”李鉴说。

如果以时差为横坐标、太阳赤纬为纵坐标,可以得到一张“8”字形的太阳轨迹图,也叫做“赤纬-时差图”。根据这张图,就能知道日期与太阳位置的对应关系。“8字形的最高点对应太阳赤纬最大日,即夏至日,这天的时差数值约为1.7分钟;最低点对应太阳赤纬最小日,即冬至日,这天的时差数值约为-1.7分钟。”李鉴指出,8字形的交叉点并不是春、秋分日,而是取决于地球公转轨道的朝向。而0时差线不经过时差-赤纬图的交叉点,也并不经过8字形的最高点和最低点,0时差的时刻分别出现在415日、613日、91日、1225日。

了解照片中日行迹8字图所包含的时差等天文概念后,只要通过简单的测量和计算,就能求出拍摄地的地理纬度和拍摄时间。《关于时差的几个问题》一文中,李鉴给出了地理纬度与拍摄时间的计算方法。根据这一方法对几幅不同日行轨迹作品的计算,确定这种方法获得的纬度的精度在6%以内,拍摄时间的精度在4%以内。“这说明这个计算方法比较可靠,方便摄影创作者提前计算出拍摄时刻的全年太阳位置,方便取景和构图。”李鉴说。

 


中国科学报 2015 12 4

“与时间同行”的历史脚步

人类究竟从何时开始,有了“时间”的概念?

钟表总是与时间同行。不过,在钟表发明以前,人类的先祖已经开始利用各种方法来度量时间。比如,依据太阳光线的位置判断时间的日晷,使用沙子的流动记录时间的漏斗,也有人把它们叫作“太阳钟”和“沙钟”。但是这些不属于“钟表”概念的范畴,因为钟表计时的原理是通过能够产生振荡周期的装置来计算时间。

钟表的出现,则是13世纪中叶以后的事。

天文计时器和早期的机械式时钟

英国著名的科技史学家李约瑟在《中国科学技术史》中曾经讲述出段一被淹没了六个世纪的历史。他认为当西方的钟表在17世纪初进入中国的时候,其实它们装配的“擒纵机构”的雏形已经出现在600年前的中国。公元1088年,我国宋代科学家苏颂和韩工廉等人制造了天文观测仪器——“水运仪象台”,一种把“浑仪”“浑象”和机械计时器组合起来的巨型机械装置。它高约12米,7米见方,分为三层,上层放浑仪,进行天文观测;中层放浑象,可以模拟天体运转作同步演示;下层是该仪器的心脏部分,计时报时、动力源都在这一层中。因为天象的运转是以时间为基础的,而通过机械结构实现时间的运行就必须有能够形成时间间隔的装置,这样便出现了早期的“擒纵机构”。

这个中国古代的伟大发明在世界钟表史上具有极其重要的意义。由此,我国著名的古董钟表收藏家、钟表历史学家矫大羽先生提出了“中国人开创钟表史——钟表是中国古代五大发明之一”的观点。

1270年前后,意大利北部和南德一带出现的早期机械式时钟,以秤锤作动力,每一小时鸣响附带的钟,自动报时。1336年,第一座公共时钟被安装于米兰一教堂内,在接下来的半个世纪里,时钟传至欧洲各国,法国、德国、意大利的教堂纷纷建起钟塔。

从机械钟到机械手表

14世纪初,位于欧洲的意大利、英国、法国等国的教堂等建筑物上出现了机械报时钟,因为报时钟的运行需要持续的动力来源,所以当时采用的方法就是用绳索悬挂重物,利用地心引力产生的重力作用带动一系列机构的运转。15世纪中期铁制的发条的发明,使体积庞大的钟有了新的动力来源,也为钟的小型化创造了条件。1459年,法国制钟匠为查理七世制作了第一个发条钟。

1510年,德国的锁匠首次制出了怀表。那时,钟表的制作似乎仅限于锁匠的副业,直到后来,对钟表精度的要求越来越高,钟表技艺也日益复杂,才出现了专业的钟表匠。

1583年,意大利科学家伽利略建立了著名的“等时性理论”,也就是钟摆的理论基础。1656年,荷兰科学家惠更斯应用伽利略的理论设计了“钟摆”,第二年在他的指导下,年轻的钟匠Salomon Comer制造成功第一个摆钟。惠更斯在1675年再一次发明了“游丝”,这样就形成了以游丝作为装置的调速机构,它为制造便于携带的怀表提供了有利的技术条件。

18世纪是怀表发展的黄金时期,有许多制表大师的发明被应用在各类作品中。在英国,约翰·哈里逊制作了一系列的航海精密计时器,使怀表的走时精度达到了高水平。由于走时准确度的大大提高,这个时期的怀表已经运用了秒针。

1806年,拿破仑之妻、法国皇后约瑟芬为王妃特制的一块手表,是目前知道的关于手表的最早记录。这是一块注重装饰、被制成手镯状的手表。当时,男人世界里风行的是作为身份、地位象征的怀表,手表则被视作是女性的饰物。

手表的普及和“机械表永不过时”

1885年,德国海军向瑞士的钟表商定制大量手表。此后,手表的实用性获得世人的肯定,逐渐普及开来。

20世纪初,劳力士的前身——WILSDORF&DAVIS公司推出银制绅士表和淑女表,大获成功,带动了各家钟表厂商竞相研制开发手表。当年就以怀表技艺闻名世界的瑞士,在手表制作方面也一马当先。ROLEX1926年就开发出完全防水型的手表,1931年又率先将自动上发条的手表推向市场。浪琴公司也不甘示弱,其研制的精密航空钟与美国飞行家林德伯格一起飞渡大西洋,名声大振。

20世纪60年代末,机械手表史掀开了新的一页:1969年,日本精工手表公司开发出世界上第一块石英电子手表,日误差缩小到0.2秒以内。1972年,美国的汉密尔顿公司发明了数字显示手表,马达和齿轮从手表中消失了。

手表制造业新技术层出不穷,机械手表却并未寿终正寝,产量虽然大减,制造技艺却得以保存。特别是瑞士的钟表厂家,在石英手表、电子表甚至智能手表风行的今天,仍对机械手表情有独钟,坚持生产高档机械手表,并源源不断地输往世界各地。(赵鲁整理自网络)

 


参考消息 2015 12 8

英研制世界上最昂贵材料制造最小原子钟

可使 GPS 精度提高至 1 毫米

时间计量(2015 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

工作人员暂时呈笼形结构、笼内有氮原子的“内嵌富勒烯”的模型。(英国《每日电讯报》网站)

 

英国《每日电讯报》网站125日报道牛津大学实验室正在打造世界上最昂贵的材料,每克价格为1亿英镑(约合 1.5 亿美元)。

牛津大学去年建立的碳材料设计公司正在生产“内嵌富勒烯”。这是一种由碳原子组成的笼形结构,笼内装有氮原子。

这种材料将被用来制造小型便携式原子钟,使无人驾驶汽车的GPS导航系统精确到1毫米。原子钟是目前世界上最准确的计时系统。

碳材料设计公司创始人、纳米材料科学家基里亚科斯·波尔菲拉基斯博士,从2001年起就一直致力于生产出这种材料。

他说:“想象一个可以随身携带在智能手机里的微型原子钟。这将是下一场手机革命。”

这是否会结束智能手机经常需要充电的时代?

碳原子以多种形式存在,包括钻石和石墨烯。这种富勒烯由60个碳原子组成,因其形状而被昵称为“巴基球”。

碳材料设计公司前不久以2.2万英镑的价格卖出了第一批内嵌富勒烯材料,总重量为200微克。

持有该公司少数股份的牛津科技基金主管卢修斯·卡里说:“现在的原子钟像一个房间那么大。这种内嵌富勒烯可以使原子钟小到能够安装在芯片上,从而放入手机。”

他还说:“这种技术将有广泛用途。最显而易见的就是用来控制无人驾驶汽车。假如两辆汽车在一条乡间小路上相向而行,对它们的定位精确到2米以内是不够的,但精确到1毫米就够了。”

目前,GPS的精确度只能达到数米以内,这对无人驾驶汽车的推出来说是一大挑战。




 

科技日报 2015 12 9

“内嵌富勒烯”凭啥一克一亿英镑

本报记者 李文龙

近日,英国《每日电讯报》网站报道,牛津大学的碳材料设计公司在生产“内嵌富勒烯”材料。该公司以2.2万英镑卖出了第一批200微克的“内嵌富勒烯”材料,相当于每克价值1亿英镑。有媒体将之称为世界最贵材料。

“内嵌富勒烯”材料为什么这么贵?

富勒烯是在石墨、钻石之后被发现的单质碳的第三种同素异形体。1985年英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托和美国科学家理查德·斯莫利发现了富勒烯C60,并提出了其笼型结构;1990年,德国科学家首次合成了克级C60分子。那么牛津大学科学家生产的“内嵌富勒烯”材料有何独特之处,为什么这么贵?

中国科学院化学研究所研究员、科技部纳米重大科学研究计划首席科学家王春儒告诉科技日报记者,内嵌有氮原子的内嵌富勒烯生产难、分离难、保存难,所以才特别昂贵。这种分子生产难度非常大,一般是在室温下用氮离子轰击C60的方法制得的,大多数氮离子或者击不破C60碳笼,或者把碳笼打碎,只有极少数能量合适,轰击角度正好的氮原子才能够击破碳笼,刚好耗尽氮离子能量,而后碳笼又自己修复好,才能得到氮内嵌富勒烯;而把这生产出来的不到万分之一的氮内嵌富勒烯从其他C60中分离出来并纯化,也是一个极其艰巨的任务。最后,内嵌有氮原子的富勒烯不太稳定,保存起来也非常困难。

“一个单个的氮原子非常容易活泼,如果没有富勒烯C60这个碳笼对他进行保护,瞬间就会与其他物质反应,所以是一个极其不稳定的自由基。”王春儒说,“将氮原子放进富勒烯碳笼里面之后,如果没有外界的打扰,它就会长期保持稳定;而如果一旦受到光、热等因素的影响,它就会从笼子里跑掉,所以保存氮内嵌富勒烯必须避光和低温。”

或将开启手机导航革命

牛津大学碳材料设计公司创始人、纳米材料科学家基里亚克斯·波尔菲拉基斯博士说:“内嵌富勒烯材料将被用来制造小型便携式原子钟。想象一下可以随身携带在智能手机里的微型原子钟,这是下一场手机革命。”

事实上,他所说的革命应该是手机导航的革命。“据我理解,他所谓的手机革命实际上是指该种材料用于手机导航定位的功能,它能够提高手机定位精度,用于手机高精度定位。” 王春儒说,“导航定位与时间的精度密切相关。基里亚克斯·波尔菲拉基斯博士的意思是将高精度的氮内嵌富勒烯原子钟内嵌到手机里面,可能会将手机的GPS导航精确到1毫米,如果真的能够实现,确实称得上是手机导航的革命。”

应用领域尚待开发

据王春儒介绍,由于这种氮内嵌富勒烯材料如此昂贵,现在能应用的领域其实也很有限,必须是不可替代的应用才能够体现其价值。现在能想到的最主要的应用就是高精度定位,在其他领域很难想象的到能将这种材料用于大规模应用。

“其实十几年前,欧洲国家就曾经投入大量资金用于这种内嵌富勒烯材料的制备与分离,那时主要是用于量子计算机的研制,但是主要因为这种材料特别难制备和稳定性较差,所以一直没有付诸实用。” 王春儒说,“英国科学家研发的氮内嵌富勒烯材料能够制作高精度的原子钟,理论上是有可能的。但是我认为这也不是短时间内能够实现的技术,可能还需要很长一段时间的发展,比如如何克服这种材料怕光怕热的特性,在原子钟的制备和使用中一直保持材料的稳定,至关重要。”

(科技日报北京128日电)

 


上海科技报 2015 12 9

上海天文台星载氢钟研制获得突破

本报讯 (记者耿挺)由中科院上海天文台研制的国内首台星载氢原子钟搭载航天五院新一代导航试验卫星于2015930日在西昌卫星发射中心发射升空, 119日开机。目前遥测数据正常,氢钟已在轨稳定工作。

据悉,我国北斗一期导航卫星配置了星载铷原子钟,满足了局域系统导航定位要求;北斗二期作为全球系统,将对部分导航卫星配置星载氢钟,以提高全球信号的播放质量和服务性能。

自上世纪70年代起,上海天文台即开展了氢原子钟技术研究并完成我国首台地面主动性氢原子钟研制。从2003年开始,天文台启动了星载氢钟研究项目,组织研究团队开展了被动型星载氢原子钟关键技术研究和工程化探索,并联合中科院上海技物所和航天804所,实现了氢钟物理和电路部分工程化研制。经过团队的努力,目前已完成两台鉴定和两台正样产品研制,并分别交付航天五院和上海微小卫星工程中心两个卫星总体。

上海天文台正积极开展组网星氢钟备料和研制工作,计划将每年完成4台以上星载氢钟研制,并应用于我国北斗导航组网卫星。

 


科技日报 2015 12 28

科技日报2015国内国际十大科技新闻揭晓(节选)

科技日报北京1227日电 (记者吴佳珅 张梦然)27日,由科技日报社主办、部分两院院士、中央主流媒体负责人和资深科技记者共同评选出的奥科杯科技日报2015国内、国际十大科技新闻在京揭晓。

此次入选的2015年国内、国际十大科技新闻,既有发现外尔费米子、实现“单光子多自由度量子隐形传态”等科学进展,也有有效率极高的埃博拉疫苗、最复杂的人脑直连实验等技术成就;屠呦呦获诺贝尔奖、巴黎大会通过全球气候新协议等事件也被列入。

入选的2015年国内十大科技新闻,以时间顺序排列分别是:防护等级最高的传染病实验室建成;中科大首次成功实现“单光子多自由度量子隐形传态”;新政策力挺“大众创业、万众创新”和科技体制改革;发现外尔费米子;中国学者论文遭国际期刊大量撤回;获得高分辨率的剪接体三维结构图;中国锶光钟1.38亿年不差一秒;中国女科学家屠呦呦获诺贝尔生理学或医学奖;中国自研大型客机C919首架下线;暗物质卫星“悟空”上天。

入选的2015年国际十大科技新闻,以时间顺序排列分别是:中科大首次成功实现“单光子多自由度量子隐形传态”;“罗塞塔”号探测器在67P彗星上发现氮和氧;人类首次近距离观察冥王星;科学家开发出有效率极高的埃博拉疫苗;美国科学家完成目前最复杂人脑直连实验;NASA公布火星表面有液态水的“强有力”证据;中国女科学家屠呦呦获诺贝尔生理学或医学奖;人类成功实现火箭回收;基因编辑技术争议不断促国际峰会首次划出“红线”;气候变化巴黎大会通过全球气候新协议。

奥科杯科技日报2015国内十大科技新闻解读(节选)

本报记者 高 博 吴佳珅

编者按 随着中国科技实力快速进步,十大科技新闻评选越来越难,太多的学科领域和技术门类产出了令人瞩目的成果。一直为您实况转播中国科技马拉松大赛的我们,在评选今年重头新闻的时候,不得不忍痛割爱,舍弃一些有战略意义的技术进展、精彩的科学原创成果和抓人眼球的科学传播事件。不过我们相信,最终入榜的,虽未涵盖过去的一年所有的科技大事,却能让读者窥一斑而知全豹。

7. 中国锶光钟1.38亿年不差一秒

时间计量(2015 年 7—12 月) - wangjj586 - 星海微萤(文摘版) 

一秒到底有多长?好像能说清,但永远不能完全说清。报时的机器有多精确,时间的定义就有多精确。

中国计量科学研究院研制的锶87原子光晶格钟(以下简称锶光钟)数据首次被国际频率标准工作组采纳,为我国未来在重新定义秒的国际问题上争得了话语权。今年7月,中国科学家顺利完成了锶光钟的第一次系统频移评定和绝对频率测量工作,准确度相当于1.38亿年不差一秒。

锶光钟是目前世界上频率稳定度最高的原子钟,也是研究最多的冷原子光晶格钟,高出现行秒定义所采用的铯原子喷泉钟2个数量级,被认为是新一代秒定义最有潜力的候选者。它使用好几个不同波长激光光源,从而使频率一致化,结构十分复杂。

中国计量院锶原子光晶格钟研究工作始于2007年。目前,包括中国计量院在内,已有美国科罗拉多大学与美国标准与技术研究院联合实验室、日本东京大学、法国巴黎天文台时间频率标准实验室等8家单位的锶光钟数据被国际频率标准工作组采纳。

国际频率标准工作组9月在法国决定,于2025年—2028年间完成新一代秒的定义。如果使用光钟的新技术来重新定义秒,将对全球卫星定位导航系统、人类探索宇宙和研究物理学规律等领域产生极为深远的影响。研究者称,如果中国在这方面失去话语权,现有的系统就不能够独立复现秒定义,所有与此相关的科研和应用都将失去独立性。科学家还将进一步提高锶光钟的准确度。

  评论这张
 
阅读(7)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017