原子钟时间是什么

氟橡胶2023-05-06  21

原子钟时间,世界标准时间是格林尼治时间为标准,这一标准时间要被原子钟时间代替。

原子钟是一种钟,它以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确。原子钟是世界上已知最准确的时间测量和频率标准,也是国际时间和频率转换的基准,用来控制电视广播和全球定位系统卫星的讯号。

简介

格林尼治时间是以太阳经过格林尼治“本初子午线”的一刻为标准。但是,地球公转的速度略有差异,隔几年就得调一次时间。

1972年,科学家又引进了用原子钟对时的世界标准时。不过,每隔几年还是得配合太阳经过“本初子午线”的实际状况,加上闰秒,以跟上地球公转的速度。

是所有原子钟中最简便、最紧凑的一种。这种时钟使用一玻璃室的铷气,当周围的微波频率刚好合适时,就会按光学铷频率改变其光吸收率。 三种原子钟――铯原子钟、氢微波激射器和铷原子钟,都已成功的应用于太空、卫星以及地面控制。现今为止,在这三类中最精确的原子钟是铯原子钟,GPS卫星系统最终采用的就是铯原子钟。

此外,还可以通过使用激光束来防止铯原子前后高速移动,从而可以减少因多普勒效应而产生的轻微频率变化。 CPT原子钟 是利用原子的相干布局囚禁原理而实现的一种新型原子钟,也是目前从原理上唯一可实现微型化的原子钟,其体积、功耗比目前体积、功耗最小的铷原子钟相比还要小得多。最小的CPT原子钟可为手表尺寸,并用纽扣电池供电。由于这些特点,CPT原子钟在远程通讯系统定时、大范围通讯网络同步、武器装备的便携化等军、民应用方面具有很好的应用前景。例如,CPT频标应用于GPS接收机,可以显著提高导航定位精度。欧美等西方国家已经把便携式和微型化CPT频标的研发作列入国家战略发展目标。美国已经有两种商品CPT频标上市。

在现代科学技术飞跃发展的今天,原子能、航天技术和高能物理对时间的计量要求更加精密。一些同位素和各种粒子在百亿分之一秒内就蜕变。现代电子计算机在几千万分之一秒、几亿分之一秒,甚至十几亿分之一秒内要进行计算。

现代技术需要有一种更精确的国际标准时间。因为,如要有一秒钟误差,用六分仪导航的海员就可能产生1/4英里的偏差;相差1‰秒,宇宙飞船能飞出10米;每一秒钟,电子计算机可运算80万次……格林威治时间已不够精确,可是它已在世界上用惯了,需要有一个折衷办法来解决。

从60年代开始,国际时间局决定了世界协调的时间,使时间既保证了均匀性,又能反映出地球自转的特点。国际天文学界于1967年定义了原子秒,引进了原子时的计时系统。1967年,国际计量大会确定的秒长定义是“秒(S)是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃进所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间”。这就是说,原子钟采用了铯原子内部的某一运动状态计量时间。

原子钟是世界上最准确的钟。原来,原子内部的电子在跃迁时会辐射出电磁波,而它的跃迁频率是极其稳定的。利用这种电磁波来控制电子振荡器,从而控制钟的走时,这就是原子钟。

国际规定,在1958年元旦零时,原子时同世界时一致,而同历书时相差3215秒。这叫国际原子时,记作TAT。

从1972年元旦零时起,它通过专用无线电台广播世界时,由TAT改为协调世界时,记作UTC。所谓协调世界时,就是经过国际原子时协调的世界时。它既不同于国际原子时,又不同于原子的世界时。但是,它同国际原子时的差值,总是完整的秒数;它同TAT的差值,总是在09秒以内。

原子时能提供均匀的时间间隔,提供标准的秒长,这可以符合无线电、物理学等方面的需要,用它来量度时段是十分精确的。原子钟计算基本粒子“介子”的寿命约0000002秒;蜜蜂鼓动翅膀一次约需0005秒;宇宙飞船飞往月球时,每秒飞行了10公里;光在真空中每29992458分之一秒所走的距离是1个标准米。

协调世界时的秒长严格等于原子时的秒长,当它的时刻与世界时的时刻差超过09秒的时候,就在世界时上引进一个闰秒。

为了协调世界各国的时间计量工作,在法国巴黎设立了国际时间局。它保持着国际原子时尺度,并且为各国的授时中心提供准确的时间数据。

国际时间局每年进行两次调整,并通过标准时间电台向世界各地发射标准时间信号。增1秒叫正闰秒,减少1秒叫负闰秒。这样,可以把格林威治时间产生的误差调整过来。1979年除夕和1981年6月30日,世界时分别增加了1“闰秒”的修正时间,时间老人两次都迟到了。

这就是目前民用的世界时,也是天文测量、大地测量和人造卫星跟踪等工作所用的时间。

世界第一架原子钟——氨钟,是美国国家标准局于1949年制成的,这标志着时间计量和导时进入了新纪元。随后的十几年中,原子钟技术有了很大发展,先后又制成了铷钟、铯钟、氢钟等。到了1992年,原子钟已在世界上普遍使用。我国先后制成了铷原子钟和氢原子钟,在计时方面跨入了世界先进行列。

最准确的原子钟在美诞生

美国国家标准与技术局的科研小组日前宣布,他们成功地研制出一种新型光原子钟,其计算误差1亿年时间为1秒。这是迄今为止世界上最准确的时钟。

新型原子钟是一种光原子钟,其工作原理与微波原子钟所采用的基本原理相似,但不同的是新型原子钟利用的是可见光。由于光的频率比微波的高,所以能提供精度更高、更准确的计时。

科研小组负责人迪当斯博士说,目前最准确的原子钟是以铯原子的固有振动频率来调节的铯原子钟,它可以精确到计算1500万年时间误差仅为1秒,而光原子钟的准确度可能是目前铯原子钟的100至1000倍。科学家认为,新型光原子钟能使人们更精细地理解物质世界的时间,对基本物理常数作更精确地计量。由于准确计时对于高速数据传输、同步电视发送、银行转账结算、发送电子邮件、卫星轨道的精确控制、深太空导航以及航天器的对接等极为重要,新型光原子钟的应用将对上述领域产生重大影响。

在人类开发钟表技术的历程中,20世纪50年代出现的原子钟使计时达到“天文数字般”的准确。原子钟是根据原子固有振动而制成的,也就是精确测量出特定原子释放的微波频率。1967年,科学家采用铯原子钟技术以微波频率给“秒”作定义,即1秒钟等于“铯133原子两个基态能级的转换所经过的9, 192,631,770个辐射周期”所需要的时间。

据该科研小组发表在《科学》杂志上的论文介绍,他们发明的光原子钟是以一个冷却的汞离子(去掉一个电子的汞原子)的光频为基础设计的,汞离子的光频传到一个激光振荡器上,这个振荡器的作用像传统时钟的钟摆产生“滴答”动作一样。所不同的是,新的光原子钟每秒产生的“滴答”次数是1.064×1024,次数如此之多,研究人员不得不用借助于高速激光与光缆,以便“数”出这些“滴答”次数以达到计时目的。(王俊鸣)

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