【儀表網 行業上下游】2015年7月1日,也就是今天,發生了一件大事,在今天07:59:59之后,下一秒并不是08:00:00,而是變成了07:59:60,在天文學上,稱這多出來的一秒叫“閏秒”,其出現是為了調整“世界時”與“原子時”之間的細微差異而設置的。
我們知道原子時鐘的“滴答”來自于原子的轉變,在當前的原子鐘中,銫原子是在微波頻率范圍內轉變的,而光學轉變發生在比微波轉變高得多的頻率范圍,因此它能夠提供一個更精細的時間尺度,也就可以更地計時。這種新研制出來的全光學原子時鐘的指針在1秒鐘內走動時發出的“滴嗒”聲為一千的五次方(在1后加15個零所得的數),是現在的時鐘――微波銫原子鐘的十萬倍。所以,用它來測量時間將更得多。
所有時鐘的構造都包括兩大部分:即能夠按照固定周期走動的裝置,如鐘擺;還有一些計算、累加和顯示時間流失的裝置,如驅動時鐘指針的齒輪。在大約50年前研制出的原子鐘增加了第三部分,即以特定的頻率對光和電磁輻射作出反應的原子,這些原子用來控制“鐘擺”。目前的原子鐘,就是利用100萬個液態金屬銫原子對微波輻射做出反應來控制時鐘指針的走動。這樣的時鐘指針每秒鐘大約走動100億次,時鐘指針走動得越快,時鐘計算的時間也就越。但是銫原子鐘使用的高速電子學技術并不能計算更多的時鐘指針走動次數。因而,美國科學家在研究新型的全光學原子鐘時使用的不是銫原子,而是單個冷卻的液態汞離子(即失去一個電子的汞原子),并把它與功能相當于鐘擺的飛秒(一千萬億分之一秒)激光振蕩器相連,時鐘內部配備了光纖,光纖可將光學頻率分解成計數器可以記錄的微波頻率脈沖。協調世界時是由計量局(BIPM)主導世界各國原子時合作的產物,它產生的其中一個重要步驟,就是利用包括中國計量院在內的8個國家計量院所保存的“世界準”的銫原子噴泉基準鐘進行校準,產生原子時(TAI)。
中國的國家秒長基準裝置是中國計量科學研究院研制的NIM5銫噴泉鐘,它與原子時標UTC(NIM)共同作為我國的時間頻率基準,是我國時間頻率計量體系的源頭,其基本作用就是保持時間的連續運行,產生和保持高度準確和穩定的國家統一使用的標準時間——北京時間。
可以說,中國計量院的NIM5銫原子噴泉國家秒長基準和國家時標基準,不但為協調時世界時貢獻數據,擁有話語權,而且通過參與對其校準而具有了表決權!
據了解,正在研制的NIM6預計2017年完成,屆時準確度會達到6000萬年不差一秒。
更準確地測量時間頻率,是時間頻率研究的永恒主題。據悉,現行的秒定義在微波頻段,而光學頻率比微波高10000倍,工作在光學頻率的光鐘比微波銫噴泉鐘有更好的穩定度和準確度潛力。主要發達國家正在研制各種基于不同原理的光鐘,準備在2019年討論修改秒定。