□徐學(xué)林劉旭紅史玉成

　　7月1日早晨，細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)，自己的電腦將出現(xiàn)7∶59∶60的特殊現(xiàn)象。今年1月5日，國(guó)際地球自轉(zhuǎn)局發(fā)布公告稱(chēng)，全世界將在2015年6月30日實(shí)施一次正閏秒。地處東八區(qū)的中國(guó)（北京）時(shí)間將在7月1日早8時(shí)增加1秒，屆時(shí)全國(guó)的鐘表將統(tǒng)一調(diào)慢一秒鐘。

　　那么，什么是閏秒？為什么會(huì)產(chǎn)生閏秒？閏秒會(huì)對(duì)我們的生活產(chǎn)生影響嗎？中國(guó)質(zhì)量報(bào)記者近日就這些公眾關(guān)注的問(wèn)題，專(zhuān)訪(fǎng)了中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)計(jì)量院）時(shí)間頻率所守時(shí)室主任張愛(ài)敏。

　　為什么會(huì)出現(xiàn)閏秒

　　時(shí)間是人類(lèi)最早認(rèn)知的自然現(xiàn)象之一?；诘厍蜃赞D(zhuǎn)的時(shí)標(biāo)稱(chēng)為“平太陽(yáng)時(shí)”，屬于天文時(shí)。天文時(shí)借助天文觀測(cè)得到地球自轉(zhuǎn)的平均周期（日長(zhǎng)），然后將其等分為86400份（即一天24小時(shí)，一小時(shí)60分，一分60秒），得到秒長(zhǎng)。

　　但由于地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速率并不穩(wěn)定，時(shí)快時(shí)慢。20世紀(jì)中葉，隨著量子物理理論的誕生和發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些量子現(xiàn)象的時(shí)間穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天文現(xiàn)象，于是出現(xiàn)了利用量子現(xiàn)象測(cè)量時(shí)間的建議，即原子時(shí)或原子秒。1967年，國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定用原子秒取代天文秒。

　　國(guó)際原子時(shí)是基于銫原子振蕩周期確定的，因此相對(duì)恒定不變，天文時(shí)則取決于地球自轉(zhuǎn)的速率，會(huì)因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)速度的變化而變化。隨著時(shí)間的推移，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)兩者逐漸出現(xiàn)了偏差，且漸行漸遠(yuǎn)。

　　那又該怎么辦呢？于是有了一個(gè)“折中”的時(shí)間——協(xié)調(diào)世界時(shí)誕生了。1971年國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)決議，設(shè)立協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）作為全世界通用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

　　“協(xié)調(diào)世界時(shí)是一種原子時(shí)和天文時(shí)的‘折中’時(shí)標(biāo)。”據(jù)張愛(ài)敏介紹，設(shè)在法國(guó)巴黎的國(guó)際地球自轉(zhuǎn)局（IERS）通過(guò)原子時(shí)與天文時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)兩者之差達(dá)到0.9秒時(shí)，就向全世界發(fā)布公告，會(huì)在下一個(gè)6月或12月最后一天的最后一分鐘，對(duì)協(xié)調(diào)世界時(shí)撥快或撥慢1秒，這就是“閏秒”。

　　由于北京處于東八時(shí)區(qū)，因此今年中國(guó)將在7月1日7∶59∶59后面增加1秒，于是就有了7∶59∶60的特殊現(xiàn)象。而英國(guó)是零時(shí)區(qū)，將在6月30日最后1秒實(shí)施閏秒。

　　張愛(ài)敏表示，自1972年協(xié)調(diào)世界時(shí)正式使用至今，全球已經(jīng)進(jìn)行了25次正閏秒調(diào)整，也就是說(shuō)協(xié)調(diào)世界時(shí)一共增加了25秒。上一次閏秒在2012年，今年6月30日將是第26次閏秒，而且還是正閏秒。

　　閏秒在今后或?qū)⑷∠?/p>

　　盡管閏秒是按照國(guó)際地球自轉(zhuǎn)局公告的全世界統(tǒng)一行動(dòng)，但近年來(lái)，關(guān)于閏秒是否有存在的價(jià)值、是否要取消閏秒的爭(zhēng)議一直備受關(guān)注。

　　在人們的日常生活中，如果我們使用的時(shí)間和日出日落相差幾分鐘、甚至2小時(shí)（如烏魯木齊時(shí)間），幾乎不會(huì)帶來(lái)顯著不便。因此對(duì)于人們的普通生活來(lái)說(shuō)，閏秒并不會(huì)帶來(lái)影響。但張愛(ài)敏告訴中國(guó)質(zhì)量報(bào)記者，對(duì)于軍事、航天等高精尖領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，閏秒?yún)s非常重要。“閏秒在眾多領(lǐng)域，特別是新近發(fā)展的許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中反而顯示了負(fù)面作用。比如說(shuō)，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)標(biāo)如果引入閏秒，勢(shì)必中斷定位、導(dǎo)航、授時(shí)的連續(xù)性。再比如，飛船1秒鐘可飛行將近8公里，如果無(wú)規(guī)律地差了1秒，可能造成飛船偏離原定軌道，威脅其安全。”

　　為此，國(guó)際上涉及時(shí)間頻率的兩個(gè)政府間國(guó)際組織：國(guó)際計(jì)量大會(huì)（CGPM）和國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）在各自框架下分別研究取消閏秒的可行性。2007年國(guó)際計(jì)量組織多數(shù)通過(guò)了取消閏秒的建議，質(zhì)檢總局代表中國(guó)支持取消閏秒。國(guó)際電信聯(lián)盟將在2015年下半年就取消閏秒進(jìn)行表決，代表我國(guó)表決的工信部已經(jīng)就取消閏秒取得共識(shí)，將投票支持取消閏秒。

　　如果取消閏秒，在原子時(shí)和天文時(shí)之間“折中”的協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）將回歸原子時(shí)，與以GPS、北斗為代表的原本就不閏秒的高準(zhǔn)確時(shí)間頻率應(yīng)用相一致，促成全世界使用一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)體系。張愛(ài)敏告訴中國(guó)質(zhì)量報(bào)記者，如果這次就取消閏秒取得共識(shí)，可能會(huì)有一個(gè)5年的緩沖期。

　　期待中國(guó)光鐘的表現(xiàn)

　　協(xié)調(diào)世界時(shí)是由國(guó)際計(jì)量局（BIPM）主導(dǎo)世界各國(guó)原子時(shí)合作的產(chǎn)物，那么它是如何產(chǎn)生的呢？張愛(ài)敏分3個(gè)步驟對(duì)此進(jìn)行了介紹。

　　首先是分布在世界各地的72家守時(shí)實(shí)驗(yàn)室的近500臺(tái)原子鐘，將各自利用商品守時(shí)鐘組成的鐘組，一年365天不間斷地“守時(shí)”，產(chǎn)生各自的實(shí)驗(yàn)室原子時(shí)。所有實(shí)驗(yàn)室原子時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)國(guó)際比對(duì)系統(tǒng)（包括全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及衛(wèi)星雙向系統(tǒng)）及內(nèi)部測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)和測(cè)量，并將比對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)送國(guó)際計(jì)量局，經(jīng)加權(quán)平均得到自由原子時(shí)（EAL）。其次，利用包括中國(guó)計(jì)量院在內(nèi)的8個(gè)國(guó)家計(jì)量院所保存“世界最準(zhǔn)”的銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，產(chǎn)生國(guó)際原子時(shí)（TAI）。最后根據(jù)國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織（IERS）閏秒信息進(jìn)行閏秒即得到協(xié)調(diào)世界時(shí)。

　　據(jù)了解，我國(guó)現(xiàn)有4個(gè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室，即位于北京的中國(guó)計(jì)量院（NIM）國(guó)家時(shí)間頻率計(jì)量中心、北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心、北京無(wú)線(xiàn)電計(jì)量測(cè)試研究所（BIRM），以及位于陜西臨潼的中科院國(guó)家授時(shí)中心（NTSC）。其中，中國(guó)計(jì)量院（NIM）國(guó)家時(shí)間頻率中心、中科院國(guó)家授時(shí)中心和北京無(wú)線(xiàn)電計(jì)量測(cè)試研究所都參加國(guó)際原子時(shí)合作，產(chǎn)生各自的地方協(xié)調(diào)時(shí)UTC（k），為國(guó)際原子時(shí)貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

　　就像用尺子丈量長(zhǎng)度，用秒長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間。原子秒長(zhǎng)穩(wěn)定度可以比天文秒要好上數(shù)億倍。中國(guó)計(jì)量院建立與保持的激光冷卻銫原子噴泉鐘NIM5與原子時(shí)標(biāo)UTC（NIM）是我國(guó)的時(shí)間頻率基準(zhǔn)，是我國(guó)時(shí)間頻率計(jì)量體系的源頭。其不但為協(xié)調(diào)世界時(shí)貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)，擁有話(huà)語(yǔ)權(quán)，而且在2014年，NIM5銫噴泉鐘通過(guò)了國(guó)際頻率基準(zhǔn)工作組的審查，與法、德、美、英、俄、意一起，正式參與校準(zhǔn)國(guó)際原子時(shí)。中國(guó)從此在國(guó)際原子時(shí)合作中具備了表決權(quán)。

　　更準(zhǔn)確地測(cè)量時(shí)間頻率，是時(shí)間頻率研究的永恒主題，也是世界各國(guó)國(guó)家計(jì)量院和計(jì)量科學(xué)家永恒的追求?，F(xiàn)行的秒定義在微波頻段，光學(xué)頻率比微波高10000倍，工作在光學(xué)頻率的光鐘比微波銫噴泉鐘有更好的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度潛力。目前，國(guó)際主要發(fā)達(dá)國(guó)家正在研制各種基于不同原理的光鐘，準(zhǔn)備在2019年討論修改秒定。張愛(ài)敏透露，中國(guó)計(jì)量院從2005年開(kāi)始研制鍶原子光晶格鐘，以應(yīng)對(duì)2019年國(guó)際關(guān)于修改秒定義的討論。這臺(tái)鍶原子光晶格鐘今年會(huì)獲得第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2017年完成研制，屆時(shí)準(zhǔn)確度會(huì)達(dá)到6000萬(wàn)年不差一秒。

　　在即將于9月召開(kāi)的國(guó)際時(shí)間頻率咨詢(xún)委員會(huì)上，我國(guó)將展示光鐘研究的進(jìn)展。未來(lái)，在國(guó)際修改秒長(zhǎng)定義中，中國(guó)一定會(huì)作出更大的貢獻(xiàn)。