中國科學院國家授時中心——

　　為“北京時間”讀秒(國家工業遺產)

　　編者按：位于陜西省渭南市蒲城縣的中國科學院國家授時中心長短波授時系統，不僅是新中國成立后最早的大科學裝置之一，更是凝聚著無數科技工作者使命感與責任感的“國之重器”。

　　文明的進階，離不開時間的助力。當時代的車輪駛入以毫秒、微秒計時的現代社會，時間的筑夢價值更加顯現。20世紀60年代，運載火箭和人造衛星發射工程加緊實施，對授時工作提出了更高要求。隨后，短波授時臺開始興建；70年代，授時精度更高的長波授時臺興建，并于1983年正式承擔國家授時任務。長短波授時系統的建立，不僅使我國具備了連續的、全國土覆蓋的高精度授時能力，更使我國授時水平一躍躋身世界先進行列。

　　2019年，中國科學院國家授時中心蒲城長短波授時臺入選工業和信息化部國家工業遺產名單。

　　“鐺鐺鐺……”新年的鐘聲敲響，跨過“北京時間”零時整，華夏大地迎來嶄新的2025年。

　　我國幅員遼闊，不同地域的時間是如何做到分分秒秒同步，各個角落的新年鐘聲又是如何做到準點敲響？走進位于中國科學院國家授時中心，這些問題都將找到答案。

　　打破技術壁壘

　　“北京時間”從陜西發出

　　什么是“授時”？——這是許多人第一次聽聞“授時中心”的反應。“確定、保持某種時間尺度，通過一定的通信手段把這種時間尺度的信息傳送出去，供應用者使用，這一整套工作就是‘授時’。”國家授時中心黨委書記竇忠介紹，“授時”工作由來已久，《尚書·堯典》記載：“乃命羲和，欽若昊天，歷象日月星辰，敬授民時。”“授時”的稱謂，或許就來源于此。“在古代中國，‘授時’通常指授農時節令，所以說授時工作是與天文學相伴而生的。”竇忠說。

　　“授時”的概念看似陌生，其重要性卻體現在國家經濟社會發展的方方面面。電影《我和我的祖國》“回歸”篇中，修表匠華哥以精湛的技術調校機芯，幫助中英方代表與女港警的手表精確對準時間，為保障1997年7月1日0時0分準時升起五星紅旗作出貢獻。在這里，“對表”的意義，就是為了讓香港的回歸“一秒不差”。通俗來講，“授時”就類似于電影中的“對表”，用標準時間去校準本地時鐘。新中國成立后，全國統一采用首都北京所在的東八時區的區時作為國家標準時間，稱為“北京時間”。其實，人們日常生活中早就習以為常的“北京時間”，發播的源頭并不在北京，而在陜西。

　　“1964年，我國第一顆原子彈爆炸成功后，導彈和人造衛星加快研制，這兩項工作都高度依賴精準的時間系統。”竇忠介紹，因戰略急需，國家明確提出“在西北地區建立無線電短波授時臺”。按照“靠山進洞”的原則，短波授時臺最終確定的臺址在陜西省蒲城縣城西北金幟山。“當時的金幟山人跡罕至，但一大批專家和大學生爭先從上海、南京、北京等地來到渭北高原的這座小縣城，共同創建新中國第一代專用授時臺，這就是‘326工程’。”竇忠介紹。

　　為了一睹“326工程”的真實樣貌，記者一行人乘車前往蒲城縣。在距離縣城不遠的金幟山上，可以看見一片上世紀六七十年代的老建筑。“這里是‘326工程’短波授時臺舊址。現在我們看到的這些機房，已于1998年隨著老短波授時臺的搬遷而停止使用。”國家授時中心授時部主任段建文介紹，短波授時臺“326工程”于1966年開始籌建，在建設初期，廣大參建人員面對的是一無經驗借鑒、二無技術積累的困境。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”的斗志，短波授時臺于1970年如期竣工。“從此，我國擁有了完全獨立自主的專用授時系統，信號覆蓋半徑3000公里，授時精度1毫秒(1毫秒為千分之一秒)，并成為國際上主要的授時系統之一。”段建文說。

　　從金幟山出發，不多時便到了蒲城縣橋陵鎮楊莊村，此處是無線電長波授時臺所在地，也是當前“北京時間”長波授時信號的發出地。“航天技術發展和國防建設的需要，對授時精度提出了更高的要求，長波授時臺在此背景下開始籌建。”段建文指著眼前呈四塔倒錐形的天線介紹，“這就是長波授時系統的發射天線。塔距400米，塔高206米，還有7700平方米的地下發播機房，工程量極其浩大、復雜。”1983年，長波授時臺建成，并正式承擔國家授時任務，信號覆蓋半徑1000公里，授時精度1微秒(1微秒為百萬分之一秒)。長波授時臺的建成，使我國陸基無線電授時精度由短波授時的毫秒量級提高到微秒量級，躋身世界先進行列。1988年，被錢學森先生譽為“中國的一面大鐘”的長波授時系統獲國家科學技術進步獎一等獎。數十年過去，如今的長短波授時臺經過現代化技術改造升級，正以嶄新的面貌，跳動出時代的頻率脈搏。

　　為了滿足不同應用需求，各國在建設著不同的有線和無線、天基和地基的授時系統。“如今，我國是世界授時技術手段最全面的國家，較好地支撐著經濟社會運行，保障著國家安全。”國家授時中心主任張首剛說，“為了進一步提高授時的抗打擊能力和精度性能，通過融合現有授時系統和研制新的授時系統，我們還在建設著空天地立體交叉的國家授時體系。”

　　貢獻大國力量

　　一秒背后的“技術長征”

　　對于從事時間工作的科學家而言，他們眼里的“時間”是什么？“授時工作包含了國家標準時間的產生保持、授時發播和接收用時。”竇忠介紹，“除了長短波授時系統，位于西安市臨潼區的國家授時中心目前還承擔著標準時間、標準頻率信號產生和保持等守時環節的工作。”標準時間的產生和保持是授時發播的基礎。

　　標準時間、標準頻率信號的產生關涉著我們對“秒”的定義。“時間的測量最開始是基于天文觀測——太陽在我們頭頂連續兩次通過時間間隔的八萬六千四百分之一，就是1秒。”張首剛介紹，原子鐘面世后，人們依據世界時，對原子躍遷頻率(周期)進行了測量，基于原子鐘重新定義了時間基本單位“秒”。“現行時間單位‘秒’的定義涉及銫原子鐘，電磁波振蕩頻率高達92億赫茲，準確度達到幾億年誤差1秒。”張首剛說。

　　在日常生活中，“秒”是“嘀嗒”流逝的一瞬；而在科學家眼中，“秒”是必須自主掌握的重要技術。在新中國成立前，我國標準時間的產生和發播曾長期被外國人主導并把持；同樣，在原子時時代的最初數十年里，中國人也未能實現對“秒”的真正把控。

　　2005年，剛從法國學成回國的張首剛只身來到國家授時中心，主持原子鐘研制和標準時間研究。從“空白的團隊”和“空白的實驗室”，到2012年張首剛團隊終于自主研制出第一臺國產銫原子噴泉鐘，此后第二、三臺原子噴泉鐘相繼問世，9種不同應用類型的原子鐘陸續研制成功，其間經歷過成百上千次的實驗和推倒重來。

　　“一秒鐘”很短，轉瞬即逝；“一秒鐘”也很漫長，走過數十年技術“卡脖子”的歷史，也跨越幾個量級精度的突破。“如今，我們對于1秒的測量，可以精確到小數點后17位，我國已經實現了國家標準時間產生的自主可控和性能先進，并對國際標準時間的產生貢獻著大國力量。”張首剛說。

　　標準時間的保持與服務是關乎國計民生的一項基礎工程。在國家授時中心時頻基準實驗室，“國際原子時”“協調世界時”“北京時間”的數值時刻閃爍。“實驗室的守時系統通過一組一定數量、不同類型原子鐘的比對測量，計算駕馭產生連續穩定的本地原子時，再通過我們的銫原子噴泉基準鐘校準以及通過國際標準時間的每月校準，形成既穩定又準確的地方原子時，最后通過原子時與世界時協調，產生本地系統保持的協調世界時和北京時間。”時頻基準實驗室主任董紹武介紹，“實驗室的守時系統每天24小時不間斷連續運行、產生北京時間的物理信號。”兩套守時系統相互備份，每時每刻都有專人值守，實驗室還有專門的供電系統應對突發情況，所有的以防萬一都是為了守護一代代科研人員視若生命的北京時間。據悉，2017年以來，北京時間與國際標準時間的偏差一直在縮小，從原來的5納秒(1納秒為十億分之一秒)到現在的1.5納秒，位居世界第二。

　　再現精彩時光

　　地下迷宮變“時間遺產”

　　分秒積成的時間，是一個外延豐富的概念——有物理的時間、生物的時間、哲學的時間……置身國家授時中心，更能深刻體會到時間的不同存在。近年來，為使工業遺產資源得到合理保護和利用，國家授時中心與蒲城縣政府共同合作，逐步開發利用長短波授時臺舊址。“我們通過一年時間，將長短波授時臺舊址的環境按照原有格局進行恢復、整理和修復，并在此基礎上建設時間博物館和科學家精神教育基地。”段建文介紹。

　　時間中有科學的力量與歷史的分量。基于蒲城短波授時臺舊址改建而來的時間博物館是全國為數不多的以時間為主題的博物館之一，于2023年10月正式開館。主展館內推出了“時間從哪來”和“寸尺光陰”兩個主題展，以“授時”為主題，集合了豐富的歷史文物和授時科技成果。段建文介紹，開館1年以來，博物館共接待參觀游客25萬余人次。

　　時間中更有精神的沉淀與生命的過往。“出于安全考慮，長波授時臺發播控制系統當時是以經得住核襲擊的建筑標準建在地下。如今，這座地下‘迷宮’已建設成為‘堅守使命·為國授時’科學家精神教育基地。”蒲城縣委宣傳部副部長惠曙光介紹，基地于2022年9月正式運行，目前已接待參觀游客3.3萬人次。在這里，參觀者能夠于聲、光、影中再睹老長波授時臺原貌，切身感受苗永瑞等老一輩科學家為我國第一代長波授時臺從建設初期到完成國家一系列高精度授時發播任務的艱苦歷程，深刻體會“淡泊名利、甘于清貧、無私奉獻、科技報國”的“326精神”。

　　工業遺產中還記錄著一代人用熱血和汗水寫下的奮斗歷史與青春故事。在采訪過程中，記者遇見帶著家人來到長短波授時臺遺址參觀的屈阿姨，50多年前，她曾在短波授時臺工作過一段時間。再度回到曾經工作生活過的地方，屈阿姨心情激動：“眼前的一切還是那么熟悉，仿佛又將我帶回到年輕時候，回到那段艱苦又充滿理想的精彩時光。”也許，這便是工業遺產的魅力所在——老一輩科學家夜以繼日、奮斗不息的崢嶸歲月，一代代科研工作者堅守使命、為國授時的不懈追求，透過高大的天線群、完好的設備間，還有一張張記錄時光的老照片，感染著來此探尋時間奧秘的每一個人。

　　延伸閱讀

　　古代計時方式蘊藏的智慧

　　時間可以“燃”出來

　　香料加可燃物制成條形或盤形的燃香，其燃燒速度是基本均勻的。用燃香計時的裝置稱為香漏。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燃的香，香上橫放數根兩端系上金屬球的線，每隔一段時間，香便會燒斷一根線，使金屬球落入下面的銅盤上，發出響聲，報告時間，也被稱為“火鬧鐘”。

　　時間可以“稱”出來

　　秤漏是通過秤稱量流入受水桶中水的重量變化來計時。秤漏有一只較大的供水桶，通過一根細管把大桶的水引入另一只受水桶中。隨著時間流逝，受水桶中被注入的水量逐漸均勻增加。把它掛在秤鉤上，通過稱其重量變化，實現時間測量。秤漏利用的是虹吸原理，這根細管就叫做虹吸管，古時稱為“渴烏”。虹吸水流有很高的均勻性，秤漏的計時精度較高。

　　時間可以“流”出來

　　水鐘是我國古代主要的計時工具，也稱漏刻。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間。多級漏刻一般為浮箭式受水型，箭尺在最末一級的受水壺中，隨水面上升指示時間。

　　(人民日報)