【汇旺担保】 时间的测量

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[拼音]:shijian de celiang

[英文]:time measurement

时间描述事件的次序。可以选定某种周期性重复的运动过程作为参考标准,把其他物质的运动过程与这个选定的运动过程进行比较,判别和排列各个事件发生的先后顺序及运动的快慢程度。

通常所说的时间测量包括既有差别又有联络的两个内容:时间间隔的测量和时刻的测量。物理学所关心的主要是时间间隔的测量及与其在数学上用倒数关系相联络的频率测量,一般统称时间频率计量。

时间单位

是秒。随著科学技术的发展,秒的定义曾作过两次重大的修改。

最早,人们是利用地球自转运动来计量时间的。基本单位是平太阳日。19世纪末,将一个平太阳日的1/86400作为一秒,称作世界时秒。

由于地球的自转运动存在著不规则变化并有长期减慢的趋势,使得世界时秒逐年变化,不能保持恒定。因此,按此定义复现秒的准确度只能达到1×10-8。1960年国际计量大会决定采用以地球公转的运动为基础的历书时秒作为时间单位,即“将1900年初附近,太阳的几何平黄经为279°41┡48″.04的瞬间作为1900年1月0日12时整,从该时刻起算的回归年的1/31556925.9747作为一秒”。按此定义复现秒的准确度提高到1×10-9。

1967年国际计量大会决定采用原子秒定义取代历书时秒定义。 即“秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期所持续的时间”。按此定义复现秒的准确度已优于1×10-13。

原子钟

原子在发生能级跃迁时以电磁波形式辐射或吸收能量,该电磁波的频率和周期精确地与原子的微观结构相对应,所以极为稳定。人们利用这一特性制成了各种各样效能优异的原子钟。

实验室型的铯束原子钟是复现原子秒定义的时间频率基准器,具有最高的准确度和长期稳定度。氢原子钟是激射器型的,它的短期稳定度优于铯原子钟,但因受到贮存泡“壁移效应”的限制,准确度比铯原子钟低一个数量级。铷原子钟是气泡型的,结构简单,轻便价廉,虽然准确度不高,但短期稳定度尚好,作为工作标准是很适宜的。此外,人们正在研究利用离子贮存技术和镭射稳频技术制造效能更好的原子钟。

时标(时间尺度)

用选定的某一瞬间作为原点,用选定的时间单位“秒”进行连续不断的积累,就构成一个时间参照座标系,叫做时标,或时间尺度。时标的原点称做时刻起点或起始历元。某一事件发生的瞬间与时标上某点相对应,此瞬间称做时刻。两个时刻之间的持续时间称做时间间隔。到目前为止,时标不外是基于天文观测或对某些周期性重复运动的测量而获得。

原子时标是由连续不断工作著的原子钟得到的。对各自独立的原子时标加以平均,可以提高它们的均匀性。国际时间局根据国际单位制时间单位秒的定义,以各国有关研究所运转的原子钟的读数为依据,进行加权平均,得到的时间参考座标叫做国际原子时(TAI),它的起点是1958年1月0日0时0分0秒(UT2)。

协调世界时(UTC)

世界时虽然极不均匀,但它反映了地球运动的实际情况,因而对大地测量等部门来说是必不可少的。但另外一些部门则要求准确而均匀的时标。协调世界时可兼顾两方面的要求。

1960年起采用的协调办法是对原子时标分别进行频率调偏和时刻跳变两种调整,使UTC跟踪UT2的变化,经过国际商定,两者之差应保持在0.1秒以内。频繁调整频率对需要精密时间同步的使用者来说是非常不便的。不定期地作 0.1秒的跳跃调整也造成时标标度的不连续。因此国际无线电谘询委员会建议采用一种新 UTC系统。这种系统对原子钟的频率不进行调偏,而其时刻则保持与UT1之差不超过±0.9秒。当有可能超过时,作插入或取消一秒的调整,插入或取消的整秒叫做闰秒。何时进行闰秒的调整,由国际时间局综合世界各国天文台的观测结果决定,提前两个月发出公告,全球统一行动。一般选在每年的12月底进行。当地球自转速率变化较大时,还可在6月底、3月底或9月底多次进行闰秒的调整。

自1972年起新UTC系统得到广泛的应用,大多数发射台均以 UTC时号向用户提供标准时间讯号。1975年国际计量大会建议将 UTC作为民用时的基础,有些国家已将UTC定为本国的法定时。

标准时间和频率的传递

高度准确的标准频率和时间讯号主要通过无线电波的发射和传播提供给使用部门。按其载波频率可分为超高频、高频、低频和甚低频发播,分别由专用授时台发播或由导航台、电视台、通讯卫星等兼任。由于传输特性不同,所以接收精度、接收范围、接收时间以及校准装置操纵的难易和经济性各有不同。使用者可以根据需要和可能选择使用。

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