中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心：為“北京時(shí)間”讀秒

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心——

為“北京時(shí)間”讀秒(國(guó)家工業(yè)遺產(chǎn))

編者按：位于陜西省渭南市蒲城縣的中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心長(zhǎng)短波授時(shí)系統(tǒng)，不僅是新中國(guó)成立后最早的大科學(xué)裝置之一，更是凝聚著無(wú)數(shù)科技工作者使命感與責(zé)任感的“國(guó)之重器”。

文明的進(jìn)階，離不開(kāi)時(shí)間的助力。當(dāng)時(shí)代的車(chē)輪駛?cè)胍院撩搿⑽⒚胗?jì)時(shí)的現(xiàn)代社會(huì)，時(shí)間的筑夢(mèng)價(jià)值更加顯現(xiàn)。20世紀(jì)60年代，運(yùn)載火箭和人造衛(wèi)星發(fā)射工程加緊實(shí)施，對(duì)授時(shí)工作提出了更高要求。隨后，短波授時(shí)臺(tái)開(kāi)始興建；70年代，授時(shí)精度更高的長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)興建，并于1983年正式承擔(dān)國(guó)家授時(shí)任務(wù)。長(zhǎng)短波授時(shí)系統(tǒng)的建立，不僅使我國(guó)具備了連續(xù)的、全國(guó)土覆蓋的高精度授時(shí)能力，更使我國(guó)授時(shí)水平一躍躋身世界先進(jìn)行列。

2019年，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心蒲城長(zhǎng)短波授時(shí)臺(tái)入選工業(yè)和信息化部國(guó)家工業(yè)遺產(chǎn)名單。

“鐺鐺鐺……”新年的鐘聲敲響，跨過(guò)“北京時(shí)間”零時(shí)整，華夏大地迎來(lái)嶄新的2025年。

我國(guó)幅員遼闊，不同地域的時(shí)間是如何做到分分秒秒同步，各個(gè)角落的新年鐘聲又是如何做到準(zhǔn)點(diǎn)敲響？走進(jìn)位于中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，這些問(wèn)題都將找到答案。

打破技術(shù)壁壘

“北京時(shí)間”從陜西發(fā)出

什么是“授時(shí)”？——這是許多人第一次聽(tīng)聞“授時(shí)中心”的反應(yīng)。“確定、保持某種時(shí)間尺度，通過(guò)一定的通信手段把這種時(shí)間尺度的信息傳送出去，供應(yīng)用者使用，這一整套工作就是‘授時(shí)’?！眹?guó)家授時(shí)中心黨委書(shū)記竇忠介紹，“授時(shí)”工作由來(lái)已久，《尚書(shū)·堯典》記載：“乃命羲和，欽若昊天，歷象日月星辰，敬授民時(shí)?！薄笆跁r(shí)”的稱(chēng)謂，或許就來(lái)源于此?！霸诠糯袊?guó)，‘授時(shí)’通常指授農(nóng)時(shí)節(jié)令，所以說(shuō)授時(shí)工作是與天文學(xué)相伴而生的?！备]忠說(shuō)。

“授時(shí)”的概念看似陌生，其重要性卻體現(xiàn)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的方方面面。電影《我和我的祖國(guó)》“回歸”篇中，修表匠華哥以精湛的技術(shù)調(diào)校機(jī)芯，幫助中英方代表與女港警的手表精確對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，為保障1997年7月1日0時(shí)0分準(zhǔn)時(shí)升起五星紅旗作出貢獻(xiàn)。在這里，“對(duì)表”的意義，就是為了讓香港的回歸“一秒不差”。通俗來(lái)講，“授時(shí)”就類(lèi)似于電影中的“對(duì)表”，用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間去校準(zhǔn)本地時(shí)鐘。新中國(guó)成立后，全國(guó)統(tǒng)一采用首都北京所在的東八時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱(chēng)為“北京時(shí)間”。其實(shí)，人們?nèi)粘Ｉ钪性缇土?xí)以為常的“北京時(shí)間”，發(fā)播的源頭并不在北京，而在陜西。

“1964年，我國(guó)第一顆原子彈爆炸成功后，導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星加快研制，這兩項(xiàng)工作都高度依賴(lài)精準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)?！备]忠介紹，因戰(zhàn)略急需，國(guó)家明確提出“在西北地區(qū)建立無(wú)線電短波授時(shí)臺(tái)”。按照“靠山進(jìn)洞”的原則，短波授時(shí)臺(tái)最終確定的臺(tái)址在陜西省蒲城縣城西北金幟山?！爱?dāng)時(shí)的金幟山人跡罕至，但一大批專(zhuān)家和大學(xué)生爭(zhēng)先從上海、南京、北京等地來(lái)到渭北高原的這座小縣城，共同創(chuàng)建新中國(guó)第一代專(zhuān)用授時(shí)臺(tái)，這就是‘326工程’。”竇忠介紹。

為了一睹“326工程”的真實(shí)樣貌，記者一行人乘車(chē)前往蒲城縣。在距離縣城不遠(yuǎn)的金幟山上，可以看見(jiàn)一片上世紀(jì)六七十年代的老建筑。“這里是‘326工程’短波授時(shí)臺(tái)舊址?，F(xiàn)在我們看到的這些機(jī)房，已于1998年隨著老短波授時(shí)臺(tái)的搬遷而停止使用?！眹?guó)家授時(shí)中心授時(shí)部主任段建文介紹，短波授時(shí)臺(tái)“326工程”于1966年開(kāi)始籌建，在建設(shè)初期，廣大參建人員面對(duì)的是一無(wú)經(jīng)驗(yàn)借鑒、二無(wú)技術(shù)積累的困境。但正是憑借著“一塊石頭一塊石頭地搬，也要搬出一座天文臺(tái)”的斗志，短波授時(shí)臺(tái)于1970年如期竣工?！皬拇耍覈?guó)擁有了完全獨(dú)立自主的專(zhuān)用授時(shí)系統(tǒng)，信號(hào)覆蓋半徑3000公里，授時(shí)精度1毫秒(1毫秒為千分之一秒)，并成為國(guó)際上主要的授時(shí)系統(tǒng)之一?！倍谓ㄎ恼f(shuō)。

從金幟山出發(fā)，不多時(shí)便到了蒲城縣橋陵鎮(zhèn)楊莊村，此處是無(wú)線電長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)所在地，也是當(dāng)前“北京時(shí)間”長(zhǎng)波授時(shí)信號(hào)的發(fā)出地。“航天技術(shù)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要，對(duì)授時(shí)精度提出了更高的要求，長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)在此背景下開(kāi)始籌建?！倍谓ㄎ闹钢矍俺仕乃瑰F形的天線介紹，“這就是長(zhǎng)波授時(shí)系統(tǒng)的發(fā)射天線。塔距400米，塔高206米，還有7700平方米的地下發(fā)播機(jī)房，工程量極其浩大、復(fù)雜?！?983年，長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)建成，并正式承擔(dān)國(guó)家授時(shí)任務(wù)，信號(hào)覆蓋半徑1000公里，授時(shí)精度1微秒(1微秒為百萬(wàn)分之一秒)。長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)的建成，使我國(guó)陸基無(wú)線電授時(shí)精度由短波授時(shí)的毫秒量級(jí)提高到微秒量級(jí)，躋身世界先進(jìn)行列。1988年，被錢(qián)學(xué)森先生譽(yù)為“中國(guó)的一面大鐘”的長(zhǎng)波授時(shí)系統(tǒng)獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。數(shù)十年過(guò)去，如今的長(zhǎng)短波授時(shí)臺(tái)經(jīng)過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)改造升級(jí)，正以嶄新的面貌，跳動(dòng)出時(shí)代的頻率脈搏。

為了滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求，各國(guó)在建設(shè)著不同的有線和無(wú)線、天基和地基的授時(shí)系統(tǒng)?！叭缃?，我國(guó)是世界授時(shí)技術(shù)手段最全面的國(guó)家，較好地支撐著經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行，保障著國(guó)家安全?！眹?guó)家授時(shí)中心主任張首剛說(shuō)，“為了進(jìn)一步提高授時(shí)的抗打擊能力和精度性能，通過(guò)融合現(xiàn)有授時(shí)系統(tǒng)和研制新的授時(shí)系統(tǒng)，我們還在建設(shè)著空天地立體交叉的國(guó)家授時(shí)體系?！?/p>

貢獻(xiàn)大國(guó)力量

一秒背后的“技術(shù)長(zhǎng)征”

對(duì)于從事時(shí)間工作的科學(xué)家而言，他們眼里的“時(shí)間”是什么？“授時(shí)工作包含了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生保持、授時(shí)發(fā)播和接收用時(shí)。”竇忠介紹，“除了長(zhǎng)短波授時(shí)系統(tǒng)，位于西安市臨潼區(qū)的國(guó)家授時(shí)中心目前還承擔(dān)著標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)產(chǎn)生和保持等守時(shí)環(huán)節(jié)的工作?！睒?biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和保持是授時(shí)發(fā)播的基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的產(chǎn)生關(guān)涉著我們對(duì)“秒”的定義?！皶r(shí)間的測(cè)量最開(kāi)始是基于天文觀測(cè)——太陽(yáng)在我們頭頂連續(xù)兩次通過(guò)時(shí)間間隔的八萬(wàn)六千四百分之一，就是1秒。”張首剛介紹，原子鐘面世后，人們依據(jù)世界時(shí)，對(duì)原子躍遷頻率(周期)進(jìn)行了測(cè)量，基于原子鐘重新定義了時(shí)間基本單位“秒”?！艾F(xiàn)行時(shí)間單位‘秒’的定義涉及銫原子鐘，電磁波振蕩頻率高達(dá)92億赫茲，準(zhǔn)確度達(dá)到幾億年誤差1秒?！睆埵讋傉f(shuō)。

在日常生活中，“秒”是“嘀嗒”流逝的一瞬；而在科學(xué)家眼中，“秒”是必須自主掌握的重要技術(shù)。在新中國(guó)成立前，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生和發(fā)播曾長(zhǎng)期被外國(guó)人主導(dǎo)并把持；同樣，在原子時(shí)時(shí)代的最初數(shù)十年里，中國(guó)人也未能實(shí)現(xiàn)對(duì)“秒”的真正把控。

2005年，剛從法國(guó)學(xué)成回國(guó)的張首剛只身來(lái)到國(guó)家授時(shí)中心，主持原子鐘研制和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間研究。從“空白的團(tuán)隊(duì)”和“空白的實(shí)驗(yàn)室”，到2012年張首剛團(tuán)隊(duì)終于自主研制出第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)銫原子噴泉鐘，此后第二、三臺(tái)原子噴泉鐘相繼問(wèn)世，9種不同應(yīng)用類(lèi)型的原子鐘陸續(xù)研制成功，其間經(jīng)歷過(guò)成百上千次的實(shí)驗(yàn)和推倒重來(lái)。

“一秒鐘”很短，轉(zhuǎn)瞬即逝；“一秒鐘”也很漫長(zhǎng)，走過(guò)數(shù)十年技術(shù)“卡脖子”的歷史，也跨越幾個(gè)量級(jí)精度的突破?！叭缃?，我們對(duì)于1秒的測(cè)量，可以精確到小數(shù)點(diǎn)后17位，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生的自主可控和性能先進(jìn)，并對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的產(chǎn)生貢獻(xiàn)著大國(guó)力量?！睆埵讋傉f(shuō)。

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的保持與服務(wù)是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的一項(xiàng)基礎(chǔ)工程。在國(guó)家授時(shí)中心時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，“國(guó)際原子時(shí)”“協(xié)調(diào)世界時(shí)”“北京時(shí)間”的數(shù)值時(shí)刻閃爍。“實(shí)驗(yàn)室的守時(shí)系統(tǒng)通過(guò)一組一定數(shù)量、不同類(lèi)型原子鐘的比對(duì)測(cè)量，計(jì)算駕馭產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定的本地原子時(shí)，再通過(guò)我們的銫原子噴泉基準(zhǔn)鐘校準(zhǔn)以及通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的每月校準(zhǔn)，形成既穩(wěn)定又準(zhǔn)確的地方原子時(shí)，最后通過(guò)原子時(shí)與世界時(shí)協(xié)調(diào)，產(chǎn)生本地系統(tǒng)保持的協(xié)調(diào)世界時(shí)和北京時(shí)間?！睍r(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室主任董紹武介紹，“實(shí)驗(yàn)室的守時(shí)系統(tǒng)每天24小時(shí)不間斷連續(xù)運(yùn)行、產(chǎn)生北京時(shí)間的物理信號(hào)。”兩套守時(shí)系統(tǒng)相互備份，每時(shí)每刻都有專(zhuān)人值守，實(shí)驗(yàn)室還有專(zhuān)門(mén)的供電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，所有的以防萬(wàn)一都是為了守護(hù)一代代科研人員視若生命的北京時(shí)間。據(jù)悉，2017年以來(lái)，北京時(shí)間與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差一直在縮小，從原來(lái)的5納秒(1納秒為十億分之一秒)到現(xiàn)在的1.5納秒，位居世界第二。

再現(xiàn)精彩時(shí)光

地下迷宮變“時(shí)間遺產(chǎn)”

分秒積成的時(shí)間，是一個(gè)外延豐富的概念——有物理的時(shí)間、生物的時(shí)間、哲學(xué)的時(shí)間……置身國(guó)家授時(shí)中心，更能深刻體會(huì)到時(shí)間的不同存在。近年來(lái)，為使工業(yè)遺產(chǎn)資源得到合理保護(hù)和利用，國(guó)家授時(shí)中心與蒲城縣政府共同合作，逐步開(kāi)發(fā)利用長(zhǎng)短波授時(shí)臺(tái)舊址。“我們通過(guò)一年時(shí)間，將長(zhǎng)短波授時(shí)臺(tái)舊址的環(huán)境按照原有格局進(jìn)行恢復(fù)、整理和修復(fù)，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)時(shí)間博物館和科學(xué)家精神教育基地?！倍谓ㄎ慕榻B。

時(shí)間中有科學(xué)的力量與歷史的分量。基于蒲城短波授時(shí)臺(tái)舊址改建而來(lái)的時(shí)間博物館是全國(guó)為數(shù)不多的以時(shí)間為主題的博物館之一，于2023年10月正式開(kāi)館。主展館內(nèi)推出了“時(shí)間從哪來(lái)”和“寸尺光陰”兩個(gè)主題展，以“授時(shí)”為主題，集合了豐富的歷史文物和授時(shí)科技成果。段建文介紹，開(kāi)館1年以來(lái)，博物館共接待參觀游客25萬(wàn)余人次。

時(shí)間中更有精神的沉淀與生命的過(guò)往?！俺鲇诎踩紤]，長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)發(fā)播控制系統(tǒng)當(dāng)時(shí)是以經(jīng)得住核襲擊的建筑標(biāo)準(zhǔn)建在地下。如今，這座地下‘迷宮’已建設(shè)成為‘堅(jiān)守使命·為國(guó)授時(shí)’科學(xué)家精神教育基地。”蒲城縣委宣傳部副部長(zhǎng)惠曙光介紹，基地于2022年9月正式運(yùn)行，目前已接待參觀游客3.3萬(wàn)人次。在這里，參觀者能夠于聲、光、影中再睹老長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)原貌，切身感受苗永瑞等老一輩科學(xué)家為我國(guó)第一代長(zhǎng)波授時(shí)臺(tái)從建設(shè)初期到完成國(guó)家一系列高精度授時(shí)發(fā)播任務(wù)的艱苦歷程，深刻體會(huì)“淡泊名利、甘于清貧、無(wú)私奉獻(xiàn)、科技報(bào)國(guó)”的“326精神”。

工業(yè)遺產(chǎn)中還記錄著一代人用熱血和汗水寫(xiě)下的奮斗歷史與青春故事。在采訪過(guò)程中，記者遇見(jiàn)帶著家人來(lái)到長(zhǎng)短波授時(shí)臺(tái)遺址參觀的屈阿姨，50多年前，她曾在短波授時(shí)臺(tái)工作過(guò)一段時(shí)間。再度回到曾經(jīng)工作生活過(guò)的地方，屈阿姨心情激動(dòng)：“眼前的一切還是那么熟悉，仿佛又將我?guī)Щ氐侥贻p時(shí)候，回到那段艱苦又充滿(mǎn)理想的精彩時(shí)光?！币苍S，這便是工業(yè)遺產(chǎn)的魅力所在——老一輩科學(xué)家夜以繼日、奮斗不息的崢嶸歲月，一代代科研工作者堅(jiān)守使命、為國(guó)授時(shí)的不懈追求，透過(guò)高大的天線群、完好的設(shè)備間，還有一張張記錄時(shí)光的老照片，感染著來(lái)此探尋時(shí)間奧秘的每一個(gè)人。

延伸閱讀

古代計(jì)時(shí)方式蘊(yùn)藏的智慧

時(shí)間可以“燃”出來(lái)

香料加可燃物制成條形或盤(pán)形的燃香，其燃燒速度是基本均勻的。用燃香計(jì)時(shí)的裝置稱(chēng)為香漏。有一種形制特別的龍舟香漏：一艘龍舟形的盛器上放著一支或幾支點(diǎn)燃的香，香上橫放數(shù)根兩端系上金屬球的線，每隔一段時(shí)間，香便會(huì)燒斷一根線，使金屬球落入下面的銅盤(pán)上，發(fā)出響聲，報(bào)告時(shí)間，也被稱(chēng)為“火鬧鐘”。

時(shí)間可以“稱(chēng)”出來(lái)

秤漏是通過(guò)秤稱(chēng)量流入受水桶中水的重量變化來(lái)計(jì)時(shí)。秤漏有一只較大的供水桶，通過(guò)一根細(xì)管把大桶的水引入另一只受水桶中。隨著時(shí)間流逝，受水桶中被注入的水量逐漸均勻增加。把它掛在秤鉤上，通過(guò)稱(chēng)其重量變化，實(shí)現(xiàn)時(shí)間測(cè)量。秤漏利用的是虹吸原理，這根細(xì)管就叫做虹吸管，古時(shí)稱(chēng)為“渴烏”。虹吸水流有很高的均勻性，秤漏的計(jì)時(shí)精度較高。

時(shí)間可以“流”出來(lái)

水鐘是我國(guó)古代主要的計(jì)時(shí)工具，也稱(chēng)漏刻。單桶漏刻為沉箭式泄水型，水從漏壺孔流出，漏壺中的箭尺隨水面下降，箭尺上的刻度指示時(shí)間。多級(jí)漏刻一般為浮箭式受水型，箭尺在最末一級(jí)的受水壺中，隨水面上升指示時(shí)間。

(人民日?qǐng)?bào))