協調世界時、國秒
世界時、曆書時、原子時3種計時係統都是通過尋找一個均勻運動周期來定義秒長,由於地球的自轉和公轉的周期都很長,所以世界時和曆書時的秒長是通過對長周期的等分而得到的。而原子躍遷頻率的周期很短,所以原子時的秒長是通過對短周期的倍乘而得到的。
另外,我們已經知道砍是以地球自轉周期來定義的,而地球自轉的速度是不均勻的,所以,嚴格地說,見不是“均勻時”。在3種世界時,雖然經過了3次修正,比較均勻,但也隻能稱為“準均勻時”,因為還有地球自轉的長期變化和隨機跳動無法修正。地球繞太陽公轉的周期是均勻的,原子躍遷頻率的周期也是均勻的,所以曆書時和原子時都可以稱為均勻時。
也許有人會問,既然原子時的秒長最精確,那麼,世界時和曆書時就可以不要了。
其實不是這樣。世界時欣和曆書時還不能廢除,因為它們各有各的用處。這3種計時係統之間有區別又有聯係,它們之間可以相互換算,但不能互相取代。在某種意義上講,它們互相補充了對方的不足。
世界時與人們的生活聯係最密切,若取消了,人們的生活將感到很不方便,在航海、航空上也都離不開;正因如此,原子時的時間起點也必須和世界時嚴格對準。
這3種計時係統如何應用,還要看使用場合。在要求不高時,用世界時就可以了。在要求比較高時,就用原子時。曆書時一般隻在天文、大地測量等場合使用。當然原子時是當代最精確的計時係統。
問題是使用了統一的原子時的秒長以後產生了新的矛盾,因為原子時的秒長與世界時的秒長並不完全相等。時間一長,原子時就偏離了世界時,如從1958年開始建立原子時算起,到1971年年底止的一段時間裏,世界時落後於原子時將近10秒,而且差異越來越大,這對使用部門來說意見很大。協商的結果,就產生了“協調世界時”。
協調世界時不是一種獨立的計時係統,而是一種服務方法。3種計時係統價、燈、觀分別保留了各自的定義,在它們之間進行換算或在應用中產生矛盾時,人為地采用一種跳秒的方法來“協調”,以利於應用,這就是“協調世界時”的實質。
一般來說,我們使協調世界時的秒長,忠實地反映原子時的秒長,規定在肌0.9秒(1974年以前是0.7秒)時,做1秒的整數跳動,稱為國秒。閏秒由國際時間局通知,一般在每年的元旦進行。如仍不夠,貝1在7月1日再閏一次。
這種協調世界時從1972年1月1日開始實行。1971年12月31日做了-0.107758秒的特殊跳秒,這樣到1972年1月1日時,差0秒,也作為一個曆史常數保存下來。
協調世界時,可以這樣來理解:時刻用世界時的,方便使用;時間間隔(即秒長)采用原子時的,提高精度。這樣做協調時就要偏離世界時,再采用國秒的方法來修正。
當然,閏秒這種辦法也不是沒有缺點的,有時,閏秒會攪亂計時係統的連續工作,所以要求取消閏秒的呼聲正在增長。
就是為了確定這短短的1秒鍾,人們不知道花費了多少辛勤的勞動,開了多少次國際性專業會議,並建立專門的國際機構來研究它。比如在1954年第十屆國際度量衡會議上,專門成立了“秒定義谘詢委員會”……經過人們長期的努力,使秒的定義逐步完善起來。雖然如此,直到現在為止,關於秒的定義問題仍有許多理論和技術上的問題有待進一步解決。
協調時間的國際組織
為了有效地協調時間工作,國際上先後成立了一些專門組織和機構,它們按照各自的需要、能力、官方要求和傳統習慣,分別關心時間領域中不同方麵的問題,從而形成了一個複雜的係統。在這裏,我們不可能詳盡說明它們的活動情況,隻能就它們的主要任務作一簡要介紹。
協調時間(包括頻率)服務工作的國際組織,通常分為政府間組織和非政府間組織兩大類。前者一般都得到各國政府的某種形式的官方支持,而對於後者,這種支持則是很間接的。
政府間的組織有:國際計量大會
這是有政府代表參加的國際會議。國際米製公約就是由它簽署和修訂的。
國際計量委員會
它是國際計量大會閉會期間的行政機構。
國際計量局國際計量大會和國際計量委員會的執行機構及實驗室。
秒定義谘詢委員會
創建於1956年,由國際計量委員會提名的科學家組成。
國際電信聯盟由各成員國主管部門的官員和電信專家組成。
國際無線電谘詢委員會國際電信聯盟中負責處理無線電通信業務的谘詢機構。它的第七研究組負責處理標準時間和頻率發播業務。目前無線電授時中的許多規程都是由它製訂的。非政府間的組織主要有:
國際科學聯盟,它相當於國際上各學術團體之間的總協調局。
國際天文學會
在1919年成立初期主要處理時間方麵的協調問題。目前則通過它的第31委員會在時間方麵發揮作用。
國際無線電科學協會,負責處理無線電科學中的各種問題。它的人組(電磁學計量組)中包含時間計量。
國際時間局
它是國際原子時、協調世界時和世界時等時間標準的負責機構,也是目前國際上在時間工作中僅有的一個常設機構。
尋找不變的秒長
前麵說過,平太陽時是不均勻的,它的秒長可伸可縮,是一種“橡皮秒”。誠然,這種伸縮程度很小,甚至在我們的日常生活中難以覺察出來,但是,它對於某些精密科學測量來說,是絕對不能允許的。於是,人們不得不繼續探索,以便尋找一種不變的秒長標準。
在本世紀初期,原子物理學和量子力學都處於發展的初始階段,人們對於微觀世界的認識水平還很膚淺;天文學家仍然在宏觀世界尋找更好的時間計量標準。
天文學家由長期的天文觀測發現,雖然地球公轉速度在一年中的不同季節是變化的,但它公轉一周的時間卻相當穩定,他們推想,如果把地球公轉周期的若幹分之一定為一秒,這樣的秒長或許會相當均勻。
但是,要得到這樣的時間,必須精確地掌握地球公轉運動規律。就是說,必須精確地測量太陽的周年視運動情況。
早在19世紀末,紐康就根據地球繞太陽的公轉運動編製了一份太陽曆表。在這份曆表中,紐康按天體力學定律,采用所謂“牛頓時間”(即理想均勻的時間)計算並列出了太陽的位置。在這種理想的時間係統中,每給定一個時刻,就能由表查出太陽的一個相應位置。