自從有了時(shí)間，就有了時(shí)間傳遞的需求，為了統(tǒng)一一個(gè)圈子的時(shí)間，需要將時(shí)間從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方。如果傳遞的是一個(gè)地區(qū)或國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，就成了“授時(shí)”。從古至今，隨著科技進(jìn)步，授時(shí)也在不斷發(fā)展。
從晨鐘暮鼓到打更報(bào)時(shí)-在古代
在歷史悠久的城市，如北京、南京、西安，城市中心都有鐘樓和鼓樓，而它們的作用還得從一千多年前的齊武帝說(shuō)起。
公元485年的一天早上，太陽(yáng)暖暖地照在南朝齊國(guó)的皇宮內(nèi)，可齊武帝卻非常郁悶，因?yàn)榛蕦m的時(shí)間不對(duì)，他直到現(xiàn)在還沒(méi)有吃上早飯。
在這個(gè)都城，觀測(cè)天象的官員非常敬業(yè)，用圭表、滴露等儀器測(cè)量出準(zhǔn)確的時(shí)間，每到整點(diǎn)都用鼓聲向周圍傳遞時(shí)間。皇宮離他敲鼓報(bào)時(shí)的地方太遠(yuǎn)，有的時(shí)候能聽(tīng)到鼓聲，有的時(shí)候卻聽(tīng)不到。就像這天，皇帝聽(tīng)到了鼓聲，知道早飯時(shí)間到了，可御廚卻沒(méi)有聽(tīng)到，所以就沒(méi)能開(kāi)飯。
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“必須要統(tǒng)一皇宮的時(shí)間！”，齊武帝下定決心。這時(shí)寺廟里的鐘聲隱隱約約傳來(lái)，使他茅塞頓開(kāi)，當(dāng)即下令，在皇宮較高的景云樓里掛起一個(gè)大鐘，因?yàn)榫霸茦俏恢帽容^高，一定能聽(tīng)到報(bào)時(shí)的鼓聲，根據(jù)鼓聲敲響大鐘，這樣整個(gè)皇宮都能清楚地知道準(zhǔn)確的時(shí)間，再也不會(huì)耽誤事情了。
能按時(shí)吃到早飯，齊武帝很開(kāi)心。但他卻沒(méi)想到，自此開(kāi)創(chuàng)了“晨鐘暮鼓”的授時(shí)新制度。
到了唐朝，晨鐘暮鼓報(bào)時(shí)已經(jīng)非常成熟，大一點(diǎn)的城市都建有鐘鼓樓。早上敲鐘，城門(mén)打開(kāi)，人們可以隨意進(jìn)出城。晚上敲鼓，宵禁開(kāi)始，所有人禁止隨意走動(dòng)。每個(gè)時(shí)辰都有不同的鐘聲或鼓聲告訴人們時(shí)間，悠揚(yáng)、清脆的鐘聲能傳幾十公里，成為整個(gè)城市和周圍村莊人們生活、工作的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。“朝鐘暮鼓不到耳，明月孤云長(zhǎng)掛情”、“百年鼎鼎世共悲，晨鐘暮鼓無(wú)時(shí)休”，這些詩(shī)句都是古時(shí)授時(shí) *** 的寫(xiě)照。
在古代還有另外一種專門(mén)在夜間進(jìn)行時(shí)間傳遞的 *** ――打更，并由此產(chǎn)生了一種職業(yè)――更夫。更夫十分辛苦，晚上不能睡覺(jué)，要守著滴漏（一種記時(shí)的器具）或燃香（也是計(jì)時(shí)的東西），才能掌握準(zhǔn)確的時(shí)間。紅樓夢(mèng)里有一首詩(shī)寫(xiě)到“五夜無(wú)煩侍女添”，說(shuō)的就是人們?cè)谕砩闲枰l繁給滴漏加水的故事。
根據(jù)滴漏的時(shí)間，更夫在每更都要在城市里面巡游，用梆子或鑼聲向人們報(bào)告時(shí)間。當(dāng)聽(tīng)到更夫的打更聲，人們便知道了時(shí)間，按慣例做事情，過(guò)著按部就班的平靜生活。
午炮報(bào)時(shí)和落球報(bào)時(shí)-在中世紀(jì)
晨鐘暮鼓的報(bào)時(shí)方式延續(xù)了上千年，直到清末，聳起的高樓阻擋了鐘聲，人們也找到了聲音更大的裝備――大炮，于是進(jìn)入了午炮報(bào)時(shí)時(shí)代。
北京德勝門(mén)東側(cè)的城墻上有一座炮臺(tái)，用來(lái)報(bào)時(shí)的“午炮”就架在那里。炮臺(tái)有電話與北京觀象臺(tái)連通。每當(dāng)快到中午時(shí)，兩個(gè)值班人分工合作，一人守在電話旁，聽(tīng)電話里傳來(lái)的指令；另一人則揭開(kāi)炮衣，裝好炮藥，手持點(diǎn)燃的長(zhǎng)香，站在炮位上靜候指令下達(dá)。收到北京觀象臺(tái)通過(guò)電話發(fā)來(lái)指令，炮臺(tái)上的人就馬上點(diǎn)燃炮藥。午炮發(fā)出的轟鳴聲響徹大街小巷時(shí)，人們就知道：現(xiàn)在是中午12點(diǎn)，趕忙對(duì)表矯正時(shí)間。
當(dāng)中國(guó)人正在進(jìn)行午炮報(bào)時(shí)的時(shí)候，歐洲人開(kāi)發(fā)出了另外一種落球的報(bào)時(shí)方式。更先進(jìn)行落球報(bào)時(shí)的是英國(guó)倫敦的格林尼治天文臺(tái)。
每天中午13點(diǎn)整，天文臺(tái)鐘樓頂端的圓球準(zhǔn)時(shí)落下，附近海域停泊的船只據(jù)此調(diào)節(jié)船上的鐘表，然后帶著調(diào)好的鐘表升帆出海。雖然今天的我們看這種 *** 有點(diǎn)粗疏，但海員卻對(duì)此懷有崇敬之情，因?yàn)樗鵀楹T忠實(shí)服務(wù)近百年之久。十七世紀(jì)以后，航海事業(yè)蓬勃發(fā)展，海員比任何人都更迫切地需要精密時(shí)鐘。對(duì)于海員來(lái)說(shuō)，精密時(shí)鐘猶如生命線，沒(méi)有它便難于知道船只的位置，就有觸礁的危險(xiǎn)。
我國(guó)最早進(jìn)行落球授時(shí)的是在上海，十九世紀(jì)80年代，法租界當(dāng)局在法國(guó)碼頭設(shè)置信號(hào)站，正午時(shí)刻利用信號(hào)塔頂落球報(bào)時(shí)，為來(lái)往上海港的各國(guó)船只服務(wù)，時(shí)間由徐家匯觀象臺(tái)控制。
無(wú)線電授時(shí)-在現(xiàn)代
到了現(xiàn)代，有了無(wú)線電信號(hào)，傳遞時(shí)間的手段就更多了，人們可以選擇適合自己的時(shí)間傳遞手段。
精度在毫秒級(jí)的授時(shí)是短波授時(shí)
短波波長(zhǎng)在10米～100米之間，短波傳播距離遠(yuǎn)，可達(dá)幾萬(wàn)公里。我國(guó)的短波授時(shí)是中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心的BPM短波授時(shí)臺(tái)，用2.5 MHz 、5MHz、10MHz、15MHz等幾個(gè)頻率廣播我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率信息。在整點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)BMP呼號(hào)和女聲播報(bào)，無(wú)線電中也調(diào)制有時(shí)間編碼信息，用來(lái)自動(dòng)對(duì)時(shí)。
精度在亞毫秒級(jí)的授時(shí)是電話授時(shí)和低頻時(shí)碼授時(shí)
在我國(guó)，很多城市都有117報(bào)時(shí)臺(tái)，撥打電話117，就可以聽(tīng)到用語(yǔ)音播報(bào)的時(shí)間。實(shí)際上，還有一種更高精度的電話授時(shí)系統(tǒng)，就是使用專門(mén)的接收設(shè)備，撥打國(guó)家授時(shí)中心的電話授時(shí)號(hào)碼，由電話授時(shí)主機(jī)發(fā)送專門(mén)的時(shí)間編碼到終端，終端解調(diào)這種編碼，就能得到精度在十毫秒量級(jí)的時(shí)間。
使用公用電話授時(shí)服務(wù)是利用公共電話交換網(wǎng)傳輸時(shí)間信息的一種技術(shù)方式，是一種常規(guī)的授時(shí)手段。它工作可靠、成本低廉，能夠滿足中等精度時(shí)間用戶的需求，可為科學(xué)研究、地震臺(tái)網(wǎng)、水文監(jiān)測(cè)、電力、通訊、交通等行業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息。
另一種亞毫秒級(jí)的授時(shí)是低頻時(shí)碼授時(shí)系統(tǒng)，工作于第五頻段（30-300kHz）。2007年，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心在河南商丘建立了一座大功率、連續(xù)發(fā)播的商丘授時(shí)臺(tái)，構(gòu)筑了我國(guó)新一代低頻時(shí)碼授時(shí)系統(tǒng)，可有效覆蓋北京、天津和長(zhǎng)江三角洲等地。低頻時(shí)碼面向廣大民用用戶開(kāi)發(fā)出了各種掛鐘、手表，使用光動(dòng)能電池作為電源，實(shí)現(xiàn)了“永不充電，永不對(duì)時(shí)”。
精度在微秒量級(jí)的授時(shí)是長(zhǎng)波授時(shí)
長(zhǎng)波（波長(zhǎng)在1000～2000米的無(wú)線電波）授時(shí)可能是最早的無(wú)線電授時(shí) *** 。1910年，法國(guó)率先在埃菲爾鐵塔頂端使用長(zhǎng)波無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器進(jìn)行報(bào)時(shí)，每天兩次廣播從巴黎天文臺(tái)獲得的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，發(fā)射波長(zhǎng)是2000米，主要用來(lái)校準(zhǔn)海船上的時(shí)鐘。1913年，發(fā)射波長(zhǎng)增加到了2500米。
早期的長(zhǎng)波授時(shí)，在規(guī)定時(shí)間廣播規(guī)定的字符，例如，在8點(diǎn)廣播字符“A”，附近的電報(bào)員聽(tīng)到A以后，將他的時(shí)鐘調(diào)整到8點(diǎn)。現(xiàn)在，長(zhǎng)波授時(shí)已經(jīng)能夠廣播時(shí)間編碼信息，接收機(jī)自動(dòng)接收長(zhǎng)波信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整本地時(shí)鐘。
更高精度的授時(shí)是衛(wèi)星導(dǎo)航授時(shí)
通常人們以為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是用來(lái)導(dǎo)航定位的，實(shí)際上衛(wèi)星提供的是授時(shí)信息，導(dǎo)航、定位信息都是由接收機(jī)從授時(shí)信息導(dǎo)出的。因此，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也是一種授時(shí)系統(tǒng)，精度可達(dá)納秒級(jí)，是目前應(yīng)用最廣的授時(shí)系統(tǒng)。現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有美國(guó)GPS系統(tǒng)、中國(guó)的北斗系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)，以及在建設(shè)中的歐洲Galileo系統(tǒng)。
中國(guó)人，用北斗授時(shí)！
看到這里，有人會(huì)奇怪，都是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，美國(guó)的GPS發(fā)展已經(jīng)很成熟了，為什么還要研制建設(shè)北斗系統(tǒng)呢？
據(jù)《參考消息》報(bào)道，2016年1月26日，由于技術(shù)問(wèn)題，GPS授時(shí)出現(xiàn)了百萬(wàn)分之十三秒（13微秒）的授時(shí)誤差，持續(xù)了12小時(shí)，使美國(guó)和加拿大的警方、消防以及EMS的無(wú)線電設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，歐洲電信 *** 出現(xiàn)故障，英國(guó)廣播公司電臺(tái)停播長(zhǎng)達(dá)2天，電網(wǎng)系統(tǒng)也部分出現(xiàn)故障等一系列問(wèn)題。
這則消息充分說(shuō)明兩個(gè)問(wèn)題。一是衛(wèi)星授時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)合非常多，警察、消防、電信、廣播、電網(wǎng)都要用到，甚至快遞也需要衛(wèi)星授時(shí)。二是依賴GPS授時(shí)會(huì)對(duì)我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)、國(guó)防安全帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。
怎樣避免這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)呢？很簡(jiǎn)單，既然單獨(dú)用GPS有風(fēng)險(xiǎn)，那就同時(shí)使用GPS和北斗以減少風(fēng)險(xiǎn)。如果同時(shí)使用GPS、GLONASS和北斗進(jìn)行授時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)就更小了。
在我國(guó)首選的授時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該是北斗系統(tǒng)。因?yàn)镚PS是由美國(guó)軍方控制的，在非常時(shí)期，美國(guó)軍方可以關(guān)掉某個(gè)區(qū)域的GPS，甚至發(fā)送錯(cuò)誤的授時(shí)信息，使這個(gè)區(qū)域內(nèi)用戶的時(shí)間出錯(cuò)，造成極大干擾。我國(guó)北斗系統(tǒng)尚未啟用時(shí)，就曾出現(xiàn)過(guò)由于GPS信號(hào)異常而整個(gè)城市無(wú)法通信的事件。
北斗系統(tǒng)在授時(shí)方面還有一個(gè)其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不具備的優(yōu)勢(shì)，就是北斗使用了地球同步軌道衛(wèi)星。這種衛(wèi)星的授時(shí)誤差在整個(gè)中國(guó)區(qū)域內(nèi)變化不大，并且誤差隨時(shí)間變化也相對(duì)緩慢，授時(shí)穩(wěn)定性在時(shí)間上和空間上都很高。舉個(gè)例子，有兩個(gè)表，一個(gè)表的誤差是固定的，每天都是5分鐘的誤差，另一個(gè)表的誤差是隨機(jī)的，今天快三分鐘，明天慢三分鐘，完全不可預(yù)料，我們想要哪個(gè)表呢？表面上看之一個(gè)表的誤差大，但它仍然比第二個(gè)表好，因?yàn)橹灰潭ǖ販p掉5分鐘，這個(gè)表就準(zhǔn)了。
未來(lái)，隨著服務(wù)能力的不斷提升，北斗系統(tǒng)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用！
