吉普丽儿
第1楼2010/09/07
在天文秒中,世界时(UT)的秒是以地球自转运动周期为基础确定的,而历书时(ET)则以地球绕太阳的公转运动周期为基础。地球自转一周的时间称为“真太阳日”,但地球同时还绕太阳公转,且公转轨道又不是圆形而是椭圆的,所以这个真太阳日很不均匀,最长的一天与最短的一天相差约51秒。
于是,人们把一年中真太阳日的平均值定为平太阳日,进而把它的1/86400定为“平太阳秒”。这就是最初的秒的定义,一直沿用到1960年第11届国际计量大会(CGPM)决定以历书时(ET)的秒取而代之。实际上,地球自转速度有长期减慢趋势并时有不规则变化,平太阳秒的测量不确定度只有10-8。而地球的公转运动却比自转运动稳定得多,所以历书时要比世界时均匀。
但是,天文观测毕竟繁琐费时,人们对宏观天体运动的规律也难以全面掌握,而对时间准确计量的需求却愈来愈高。于是,利用微观量子效应来确定时间的呼声高涨、进展迅速,致使历书时只用了7年,在1967年第13届国际计量大会上,正式决定以原子秒取代天文秒:“秒是铯-133原子基态的两 个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间”。
在秒的新定义中之所以采用这么多个周期,即把铯-133原子的振荡周期积累这么多次,其目的是使原子秒与原来的天文秒尽量一致起来。众所周知,原子的能级是非常稳定的,跃迁时辐射信号的周期自然也非常稳定,因此它比天文秒的稳定性要高10万至100万倍以上。而且测量方便,准确度高(10-13~10-14),容易复现,因此原子秒的这个定义一直沿用至今。
由上可见,不管是天文秒还是原子秒,说到底都是根据时间不停流逝的特点,从周期性运动现象中截取周期的若干分之一(天文秒)或周期若干倍(原子秒)的方式来获取的,并且大致上以地球自转一周24小时为依据。计量学家们所追求的,只不过是选择一种尽量稳定准确的、易于复现和观测的周期运动而己。
世界时以公元的起点作为时标原点,尽管不够均匀稳定,但它准确反映了地球自转的角位移,因而在大地测量、天文观察和人类生活方面仍有重要应用。以原子秒积累起来的原子时(TA)则广泛应用于计量、卫星和无线电通讯等领域,尽管均匀稳定,却没有天然的时标原点。于是,1971年第14届国际计量大会决定采用国际原子时(TAI),其起点是1958年1月1日0点,即在此刻它与世界时对准看齐。
但是原子秒比平太阳秒略短,两者对齐后随着时间的推移,原子时钟的读数会比世界时钟读数逐渐偏大。比方,从起点1958年到1995年末的38年间,原子时钟比世界时钟慢了近30秒。
为此,从兼顾不同方面的需要出发,国际上在1972年规定世界时与原子时应保持一致,调整量为1秒。1975年又改为0.9秒:当差值快接近0.9秒时,加或减一秒。这就是“闰秒”,它与公历设闰年,农历设闰月的道理是相似的。