江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？

国家授时中心日晷尚书·尧典

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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” 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

图6. 夜晚北京的德胜门城楼（图源：网络）
【格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？】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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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）
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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）
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

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 。
格林尼治天文台|古人是怎么获取时间的？
文章插图

图13. 高精度地基授时系统建设示意图（图源：作者）
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 。
来源：中国科学院国家天文台
原文标题：从“观象授时”说起
编辑：hxg


    推荐阅读


    上一篇：健身|吃牛肉使人更强壮？牛肉致癌？到底能不能愉快地吃牛肉？

    下一篇：气胸|气胸时如何大体判断肺被压迫的程度？