点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

从“观象授时”说起

来源:光明网2021-02-10 11:04

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  上下四方曰宇,古往今来曰宙。请随我们进入“时间”的故事。

  现代社会,人们在日常生活中如果需要知道时间,都会下意识的看看手机或者电脑上的时间。那古人没有手机、没有网络,怎么获取时间呢?

  古人获取时间的方法,要从“观象授时”说起。即通过观测日月星辰的天象运转来确定时间。

 从“观象授时”说起 

  图1. 北京古观象台(图源:北京天文馆)

  我国授时的概念最早出现在《尚书·尧典》中“乃命羲和,钦若昊天,历象日月星辰,敬授民时”。

从“观象授时”说起

图2. 《尚书·尧典》的记录(图源:作者)

  春夏秋冬四季的轮回转变产生了“年”的概念,月亮的阴晴圆缺产生了“月”的概念,太阳的东升西落产生了“日”的概念。

从“观象授时”说起

图3. 月相的变化(图源:作者)

  古人又将一日分为了十二个时辰,通过立杆测影,杆影每个时辰(2小时)移动30°,对应太阳每个时辰在天空中西移30°。所以看见太阳的位置,就可以确定时间,这也就是日晷的原理。每天正午日影的长度,也是不同的。日影最长的一天定为冬至日,日影最短的一天为夏至日,冬夏二至中点则为春分、秋分。

从“观象授时”说起

图4. 正午时的日晷(图源:作者)

  当负责通报时辰的工作人员,通过日晷知道了时辰,如何让老百姓也知道现在是什么时候?应当劳作,还是宵禁? 我国古人想到的办法是晨钟暮鼓。在钟鼓楼,晨钟暮鼓报时。早上敲钟,城门打开,开始劳作。晚上击鼓,宵禁开始,禁止随意走动。

从“观象授时”说起

图5. 报时钟鼓楼(图源:作者)

  清末民国初年,随着城市的发展,晨钟暮鼓的声音已经不能很好的覆盖全城,这时候出现了午炮报时。北京德胜门东侧的城墙上有一座炮台,用来报时的“午炮”就架在那里。

从“观象授时”说起

图6. 夜晚北京的德胜门城楼(图源:网络)

  炮台有电话与北京观象台连通。每当快到中午时,两个值班人员分工合作,一人守在电话旁,听电话里传来的指令,另一人则揭开炮衣,装好炮药,手持点燃的长香,站在炮位上静候指令下达。收到北京观象台通过电话发来的指令,炮台上的人就马上点燃炮药。午炮发出的轰鸣声响彻大街小巷时,人们就知道:现在是中午12点,赶忙对表矫正时间。

从“观象授时”说起

图7. 德胜门城楼上的古炮(图源:网络)

  当中国人正在使用午炮报时的时候,欧洲人开发出另外一种落球的报时方式。最先进行落球报时的,是英国伦敦的格林尼治天文台。每天13点整,天文台钟楼顶端的圆球准时落下,附近海域停泊的船只据此调节船上的钟表,然后带着调好的钟表升帆出海。

从“观象授时”说起

图8. 格林尼治天文台红色落球报时(图源:作者)

  进入现代后,随着工业革命的开始,人们对时间精度的要求越来越高,随着科技的进步,人们逐步使用电信号进行授时。 1902年,法国首先在巴黎艾菲尔铁塔顶层进行试验,发播长波无线电时号,呼号是FL,这次试验取得了成功。接着,德、英、美等国相继试验,收到良好效果。于是,一个崭新的无线电授时时代开启了。

从“观象授时”说起

图9. 通过艾菲尔铁塔发射授时信号(图源:作者)

  我国主要在运行的无线电授时系统,有呼号为BPM的短波授时系统,呼号为BPL的长波授时系统,以及呼号为BPC的低频时码授时系统。

从“观象授时”说起

图10. BPM的授时精度为毫秒量级,信号覆盖半径超过3000公里(图源:作者)

从“观象授时”说起

图11. BPL的授时精度为微秒量级,信号覆盖半径超过1000公里。图中的BPL长波授时台模型彩车在1984年国庆35周年庆祝游行时通过天安门广场,接受党、国家领导人和全国人民检阅(图源:作者)

从“观象授时”说起

图12. BPC的授时精度为毫秒量级,信号覆盖半径超过1000公里,BPC主要应用于“电波钟表”(图源:作者)

  现在人们熟知的卫星导航系统,实际也是一种授时系统。卫星提供的是授时信息,导航、定位信息则由接收机从授时信息导出。卫星导航系统的授时精度可达纳秒量级,是目前应用较广的一种授时系统。 现有的卫星导航系统主要有中国的北斗系统、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统以及欧洲Galileo系统。 目前授时精度较高的系统则为光纤授时系统。我国正在建设的重大科技基础设施“高精度地基授时系统”就是采用长波授时与光纤授时结合的方式覆盖全国。长波授时精度优于百纳秒,光纤授时精度优于百皮秒。

从“观象授时”说起

图13. 高精度地基授时系统建设示意图(图源:作者)

  此外,人们在日常生活中接触比较多的授时方式是网络授时与电话授时,网络授时精度为秒级,常见的电脑和手机均通过网络获取时间;电话授时精度也为秒级,人们通过拨打电话02983895117,即可获得国家授时中心提供的电话语音报时服务。 我国的授时服务体系,经历了从无到有、从初级到较高级、从局域到全局的发展过程。目前,我国国家授时服务体系的建设和发展已经具备一定基础,可以满足国防、经济等行业对时间频率的基本需求。未来,我国的授时服务系统将建成多源互补、立体交叉、全域覆盖的体系,形成“星地互备,天空地一体化”的格局。

  作者简介:

  李实锋,中国科学院国家授时中心研究员,硕士生导师,主要从事授时方法与技术,时间同步,无线电导航等研究工作。

  杨朝中,中国科学院国家授时中心副研究员,主要从事无线电授时、授时发播技术、授时发播系统建设等研究工作。

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 甘肃渭源突发山洪 已致10人死亡

  • 福建长汀中复村:红色热土绘新卷

独家策划

推荐阅读
刘文郡:中国启动“人工智能+”行动,通过协同推进传统产业改造升级、新兴产业培育壮大与未来产业前瞻布局,让人工智能深度赋能千行百业。中国相继提出《全球人工智能治理倡议》《“人工智能+”国际合作倡议》,发布《人工智能能力建设普惠计划》《人工智能合作发展行动计划》,倡议成立世界人工智能合作组织。
2026-07-27 09:31
7月26日18时,水利部和中国气象局联合发布红色山洪灾害气象预警,江西南部、广东中北部局地发生山洪灾害可能性很大(红色预警)。涂勇介绍,主汛期山区降雨突发性强、峡谷汇水迅猛,进山务必提前关注山洪、暴雨预警,收到预警应立即取消行程。
2026-07-27 09:29
7月26日凌晨,今年第12号台风“红霞”在广东惠州市惠东县平海镇沿海登陆。”  针对台风远距离水汽输送导致的暴雨预报难题,气象部门采用集合预报方法,通过多个模式、多个初始场的集成分析,量化预报的不确定性。
2026-07-27 09:28
眼下正是小龙虾上市的季节,走进安徽省滁州市全椒县十字镇陈浅村潘氏龙虾万亩养殖基地,养殖户们正下田捕捞小龙虾。当前,全椒县稻虾综合种养面积36.5万亩,小龙虾年产量5.5万吨,稻虾全产业链综合产值34亿元、从业人数4万多人,小龙虾成了乡村振兴的主导产业之一。
2026-07-27 09:28
光明日报武汉7月26日电 记者王建宏、张锐从华中农业大学获悉,该校熊立仲教授团队近日鉴定出一个名为“ROAD1”的稻属特异抗旱孤儿基因,并发现携带这个功能等位基因的水稻在田间干旱条件下产量较对照显著提高。
2026-07-27 09:27
光明日报北京7月26日电 记者张胜从自然资源部获悉,每年的7月26日是联合国教科文组织确立的“世界红树林日”。自然资源部数据显示,自《红树林保护修复专项行动计划(2020—2025年)》印发实施以来,我国完成新营造红树林约1.16万公顷(17.4万亩),是全球少数红树林面积持续增加的国家之一。
2026-07-27 09:27
国家药监局近日批准全球首个选择性食欲素2型受体激动剂上市,用于治疗16岁及以上青少年和成人1型发作性睡病。该药为原创靶点、新机制罕见病治疗药物,在中国、美国、日本、欧盟同步申报,我国率先完成审批,实现全球“首报首发”的历史性突破。
2026-07-24 08:55
记者从市场监管总局了解到,国际电工委员会智能制造系统委员会近日发布IEC SRD 63459:2026《智能制造用例模板》国际标准。为此,国际电工委员会智能制造系统委员会于2019年成立首个工作组,组织各国专家制定国际统一的智能制造用例模板,以统一的方式描述、存储和使用用例。
2026-07-24 08:51
23日20时,我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭,成功将天链二号06星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-07-24 08:50
王虹、邓煜与其他两位数学家共同获得菲尔兹奖,这是令国人振奋的消息,也是中国数学家感到自豪的时刻。邓煜的另一项研究,是与合作者成功建立了三维波动方程吉布斯测度的不变性,将概率论方法系统性地引入波动方程研究。
2026-07-24 08:49
记者从北京大学获悉,2026年国际数学家大会23日在美国费城开幕。王虹,本科就读于北京大学数学科学学院,获理学学士学位;2014年相继取得巴黎综合理工学院工程师学位与巴黎-萨克雷大学硕士学位;后于麻省理工学院完成博士学位。
2026-07-24 08:48
7月22日,美国佛蒙特大学研究团队在《自然》杂志发表论文称,他们在北美鲶鱼体内发现一种可传染的黑色素瘤。换言之,肿瘤细胞本身就是“感染因子”,如同寄生虫一般,从一条鱼传到另一条鱼。这些带病的鲶鱼,正为科学界提供一个观察癌症演化的难得机会。
2026-07-23 09:57
《自然》杂志22日发表了一项天文学研究,可能揭示了人类对首个已知的系外卫星(exosatellite)的观测。在三层等级系统中,一颗恒星周围有一颗伴星,如行星或褐矮星,而第三个天体围绕伴星,这第三个天体可称为系外卫星。
2026-07-23 09:57
生物腐烂是生态系统养分循环的关键过程,但腐烂区域同时也是病原微生物高度活跃、可能对活体植物造成侵害的“危险区”。
2026-07-23 09:49
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上的讲话中指出,“科学的未来在青年”,强调“要把青年科技人才队伍建设作为一项战略工程,全方位做好培养、引进、使用工作”。
2026-07-23 09:49
黄瓜是受到全球广泛喜爱的蔬菜,它源自喜马拉雅山脉南麓,由其野生祖先驯化而来,历经2000余年的传播扩散,遍布世界。中国科学院院士、崖州湾国家实验室副主任钱前评价,该研究为黄瓜分子设计育种提供了坚实支撑,兼具重要基础科学价值与育种应用前景。
2026-07-23 09:48
中国水稻研究所研究员王克剑团队近日在杂交水稻育种领域取得重要进展——成功研发出克隆效率稳定超过99%、结实完全正常的一系法杂交水稻,团队将其命名为“一系1号”。图为团队创制的无融合生殖株系在试验田大群体种植下表现出的克隆效率与结实率情况。
2026-07-22 09:35
今年新增农业机器人、盐碱地科学与工程、智慧渔业三大新农科专业,分别由江苏大学、山东农业大学、宁波大学首批开设,为涉农人才培养开辟了新跑道。
2026-07-22 09:31
这场举世瞩目的盛会,凝聚共识,密集发布国际合作倡议与行动计划,为促进全球人工智能朝着向上向善、造福人类的方向发展注入了更多新动能。
2026-07-22 09:29
虽然现阶段机器人能做的事还很有限,但这种“人机搭档”的新模式,让我们的生活服务向高品质、多样化和便利化发展。我想,这就是科技落地的意义吧。
2026-07-22 09:28
加载更多