我們已經能夠通過天文觀測獲得準確的時間了,並把它保存在原子鍾裏。但這還不夠,還必須能夠把準確的時間盡可能在保持原有精度的情況下送給用戶。
時間服務係統的工作人員服務態度是相當好的,他們總是想方設法把時間信號準確地傳送到各個用戶。這一過程叫做準確時間的傳遞,或者稱為“授時”、“報時”。而用戶對於天文台來說就是“對時”或“時間同步”。
聲音報時
從古到今,傳遞時間信號的方法多種多樣。起初,時間信號的傳遞總是用機械的、聲的和光的方法來完成。例如,古代曾用擊鼓和鳴炮來報時;有的鍾在整點時就打點,是幾點便敲幾下,人們一聽就知道是幾點鍾了。現在北京火車站的鍾,在整點時奏出優美動聽的東方紅樂曲,這也是用聲音報時延用到現在的一個例子。
落球報時
落球——另一種報時的方法。1884年,徐家彙天文台在上海外灘建立了一個落球報時訊號站,停泊在水中的船隻,很注意訊號站的一個特製的竿子。每到中午12點,這個竿子上的球就落下來了,表示當時的時間是中午12點。這就是胃“落球報時”。這個訊號站在晚上還用燈光報時,停泊的船隻看見燈光的閃爍,就知道已經是晚上9點鍾了。
這些機械的、聲音的和光的報時方法,精度都比較低;最高的報時精度是0.1秒。所以它們隻能應用於一些精度要求不高的場合,而且使用麵也很小,不超過人的聽覺和視覺範圍。
無線電報時
用什麼方法將標準的時間信號送到遠方去呢?人們自然可以想到無線電波,因為它每時每刻都在把很遠的地方甚至幾千裏之外的廣播節目送到我們的收音機裏來。它有“飛毛腿”,每秒要跑30萬千米;它是“隱身人”,不用特製的儀器,誰也看不見它的蹤跡。是否也可以讓無線電波將標準的時間信號送給每個用戶呢?現代的授時工作正是這樣進行的。
劃出了一種時間信號,而時間間隔由標準音頻1000赫茲的10個周期來組成,就是10毫秒。要把這樣的標準時間信號送到遠方,就需要將它放在具有“飛毛腿”的“隱身人”身上,這在無線電發射台裏,是通過“調製”的方法來實現的。在用戶那裏,隻要通過“解調”的方法,把標準信號重新取下來,就可以用來校對本地的時間頻率標準了。
在授時工作中按著采用的無線電波的頻率高低,可以分為高頻、低頻和甚低頻授時。高頻授時的頻率一般在幾兆赫茲以上,由於在高頻傳輸的過程中,受到電離層反射的多普勒效應及多路徑傳輸的影響,所以授時精度較低,將本地時間頻率標準校到±1X10-9秒通常需要兩個星期。低頻授時要比高頻授時好一些。甚低頻授時得到了最廣泛的應用,它所用的頻率在20千赫茲左右。由於甚低頻傳輸具有較高的頻率、相位穩定性和極低的信號衰減率,因而,用甚低頻進行世界範圍內的時間與頻率同步就迅速地發展起來了。用甚低頻將本地時間頻率標準校準到±1X10—9秒隻要16分,而在1天時間內可校準到±(1~2)X1011秒。
飛機對時
還有一種方法是用飛機將時間頻率標準帶到需要的地方去。比如,將校對好的原子鍾裝上飛機,飛到需要校準時間的地方的上空,用無線電通知用戶並進行對時。這種方法通常叫“搬運鍾”法,或稱“飛機過頂”。
其實飛機過頂對時和我們平時對表差不多,隻不過是對時精度很高,可達±1X10—6秒以上。這是微秒級時間同步的主要方法之一,這種方法所用的儀器少,精度較高,對時所用的時間也短。但比較麻煩,需要長途的飛機運輸。
遠距離定位法
比較方便的方法是采用“羅蘭係統”授時。羅蘭是一個翻譯名詞,它的原意是“遠距離定位”。羅蘭係統本來是“遠程精密導航係統”,為飛機、船舶、艦艇提供精確的導航,在超過1800千米的距離上,羅蘭係統能為用戶提供50米左右的定位精度。羅蘭係統本身就使用原子鍾,隻要將羅蘭主台的銫鍾與天文台的原子鍾同步在協調世界時上,各副台再與主台同步,即可用羅蘭係統授時。因為這一係統不需要增加什麼設備就能授時,所以這種授時辦法比較經濟。目前,羅蘭係統能對協調世界時保持±15微秒的時間同步。
利用廣播係統進行時間傳遞,即經濟又實惠,用戶相當廣泛。廣播電台每逢整點時,都以特定的音響來報告時間,正像本書開頭所描述的那樣。這實際上也是一種高頻授時。解調以後的信號用聲音發出,我們聽到以後,用手撥動表針對時。由於這種對時沒有用特製的儀器,隻靠聽覺和手的動作,所以精度較低,隻能精確到化0.1秒。但這對我們的日常生活和工作來說是足夠的了,因此,這種對時仍起著重要的作用。