京準時鐘同步：從晨鐘暮鼓到北斗衛星授時都經歷了什么?

京準時鐘同步：從晨鐘暮鼓到北斗衛星授時都經歷了什么?

自從有了時間，就有了時間傳遞的需求，為了統一一個圈子的時間，需要將時間從一個地方傳遞到另一個地方，如果傳遞的是一個地區或國家的標準時間，就成了授時。從古至今，隨著科技進步，授時也在不斷發展。
1、從晨鐘暮鼓到打更報時，是古代的授時方式
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起。
公元485年的一天早上，太陽暖暖地照在南朝齊國的皇宮內，可齊武帝卻非常郁悶，因為皇宮的時間不對，他直到現在還沒有吃上早飯。
在這個都城，觀測天象的官員非常敬業，用圭表、滴漏等儀器測量出準確的時間，每到整點都用鼓聲向周圍傳遞時間。皇宮離他敲鼓報時的地方太遠，有的時候能聽到鼓聲，有的時候卻聽不到。就像這天，皇帝聽到了鼓聲，知道早飯時間到了，可御廚卻沒有聽到，所以就沒能開飯。

北京的鐘樓
“必須要統一皇宮的時間！”，齊武帝下定決心。這時寺廟里的鐘聲隱隱約約傳來，使他茅塞頓開，當即下令，在皇宮較高的景云樓里掛起一個大鐘，因為景云樓位置比較高，一定能聽到報時的鼓聲，根據鼓聲敲響大鐘，這樣整個皇宮都能清楚地知道準確的時間，再也不會耽誤事情了。
能按時吃到早飯，齊武帝很開心。但他卻沒想到，自此開創了“晨鐘暮鼓”的授時新制度。
到了唐朝，晨鐘暮鼓報時已經非常成熟，大一點的城市都建有鐘鼓樓。早上敲鐘，城門打開，人們可以隨意進出城。晚上敲鼓，宵禁開始，所有人禁止隨意走動。每個時辰都有不同的鐘聲或鼓聲告訴人們時間，悠揚、清脆的鐘聲能傳幾十公里，成為整個城市和周圍村莊人們生活、工作的標準時間。“朝鐘暮鼓不到耳，明月孤云長掛情”、“百年鼎鼎世共悲，晨鐘暮鼓無時休”，這些詩句都是古時授時方法的寫照。
在古代。還有另外一種專門在夜間進行時間傳遞的方法——打更，并由此產生了一種職業——更夫。更夫十分辛苦，晚上不能睡覺，要守著滴漏（一種記時的器具）或燃香（也是計時的東西），才能掌握準確的時間。紅樓夢里有一首詩寫道“五夜無煩侍女添”，說的就是人們在晚上需要頻繁給滴漏加水的故事。

更夫在夜間為人們傳遞時間
根據滴漏的時間，更夫在每更都要在城市里面巡游，用梆子或鑼聲向人們報告時間。當聽到更夫的打更聲，人們便知道了時間，按慣例做事情，過著按部就班的平靜生活。
2、午炮報時和落球報時，是中世紀的授時方式
晨鐘暮鼓的報時方式延續了上千年，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，于是進入了午炮報時時代。
北京德勝門東側的城墻上有一座炮臺，用來報時的“午炮”就架在那里。炮臺有電話與北京觀象臺連通。每當快到中午時，兩個值班人分工合作，一人守在電話旁，聽電話里傳來的指令；另一人則揭開炮衣，裝好炮藥，手持點燃的長香，站在炮位上靜候指令下達。收到北京觀象臺通過電話發來指令，炮臺上的人就馬上點燃炮藥。午炮發出的轟鳴聲響徹大街小巷時，人們就知道：現在是中午12點，趕忙對表矯正時間。
當中國人正在進行午炮報時的時候，歐洲人開發出了另外一種落球的報時方式。最先進行落球報時的是英國倫敦的格林尼治天文臺。
每天中午13點整，天文臺鐘樓頂端的圓球準時落下，附近海域停泊的船只據此調節船上的鐘表，然后帶著調好的鐘表升帆出海。雖然今天的我們看這種方法有點粗疏，但海員卻對此懷有崇敬之情，因為它曾為海員忠實服務近百年之久。17世紀以后，航海事業蓬勃發展，海員比任何人都更迫切地需要精密時鐘。對于海員來說，精密時鐘猶如生命線，沒有它便難于知道船只的位置，就有觸礁的危險。
我國最早進行落球授時的是在上海，19世紀80年代，法租界當局在法國碼頭設置信號站，正午時刻利用信號塔頂落球報時，為來往上海港的各國船只服務，時間由徐家匯觀象臺控制。

英國格林尼治天文臺和美國海軍天文臺用于報時的圓球
3、現代的無線電授時，使用方便
到了現代，有了無線電信號，傳遞時間的手段就更多了，人們可以選擇適合自己的時間傳遞手段。
BPM無線電授時
1）精度在毫秒級的授時是短波授時。
短波波長在10米～100米之間，短波傳播距離遠，可達幾萬公里。我國的短波授時是中國科學院國家授時中心的BPM短波授時臺，用2.5 MHz 、5MHz、10MHz、15MHz等幾個頻率廣播我國的標準時間和標準頻率信息。在整點，就會出現BMP呼號和女聲播報，無線電中也調制有時間編碼信息，用來自動對時。
2）精度在亞毫秒級的授時是電話授時和低頻時碼授時。
在我國，很多城市都有117報時臺，播打電話117，就可以聽到用語音播報的時間。實際上，還有一種更高精度的電話授時系統，就是使用專門的接收設備，撥打國家授時中心的電話授時號碼，由電話授時主機發送專門的時間編碼到終端，終端解調這種編碼，就能得到精度在十毫秒量級的時間。
使用公用電話授時服務是利用公共電話交換網傳輸時間信息的一種技術方式，是一種常規的授時手段。它工作可靠、成本低廉，能夠滿足中等精度時間用戶的需求，可為科學研究、地震臺網、水文監測、電力、通訊、交通等行業提供標準時間信息。
另一種亞毫秒級的授時是低頻時碼授時系統，工作于第五頻段（30-300kHz）。2007年，中國科學院國家授時中心在河南商丘建立了一座大功率、連續發播的商丘授時臺，構筑了我國新一代低頻時碼授時系統，可有效覆蓋京、津和長江三角洲等地。低頻時碼面向廣大民用用戶開發出了各種掛鐘、手表，使用光動能電池作為電源，實現了“永不充電，永不對時”。

低頻時碼授時的電波表
3）精度在微秒量級的授時是長波授時。
長波（波長在1000～2000米的無線電波）授時可能是最早的無線電授時方法。1910年，法國率先在埃菲爾鐵塔頂端使用長波無線電信號發射器進行報時，每天兩次廣播從巴黎天文臺獲得的標準時間，發射波長是2000米，主要用來校準海船上的時鐘。1913年，發射波長增加到了2500米。
早期的長波授時，在規定時間廣播規定的字符，例如，在8點廣播字符“A”，附近的電報員聽到A以后，將他的時鐘調整到8點。現在，長波授時已經能夠廣播時間編碼信息，接收機自動接收長波信號，自動調整本地時鐘。
4）更高精度的授時是衛星導航授時。
通常人們以為衛星導航系統是用來導航定位的，實際上每顆衛星提供的是授時信息，導航、定位信息都是由接收機從授時信息導出的。因此，衛星導航系統也是一種授時系統，精度可達納秒級，是目前應用最廣的授時系統。現有的衛星導航系統主要有美國GPS、俄羅斯GLONASS、中國的北斗衛星導航系統，在建中的歐洲Galileo。
中國人，用北斗授時
看到這里，有人會奇怪，都是衛星導航系統，美國的GPS發展已經很成熟了，為什么還要研制建設北斗系統呢？
據《參考消息》報道，2016年1月26日，由于技術問題，GPS授時出現了百萬分之十三秒（13微秒）的授時誤差，持續了12小時，使美國和加拿大的警方、消防以及EMS的無線電設備停止運轉，歐洲電信網絡出現故障，英國廣播公司電臺停播長達2天，電網系統也部分出現故障等一系列問題。
這則消息充分說明兩個問題。一是衛星授時的應用場合非常多，警察、消防、電信、廣播、電網都要用到，甚至快遞也需要衛星授時。二是依賴GPS授時會對我國國民生產、國防安全帶來一定的風險。
怎樣避免這個風險呢？很簡單，既然單獨用GPS有風險，那就同時使用GPS和北斗以減少風險。如果同時使用GPS、GLONASS和北斗進行授時，風險就更小了。
實際上，在我國首選的授時系統應該是北斗系統。因為GPS是由美國軍方控制的，在非常時期，美國軍方可以關掉某個區域的GPS，甚至發送錯誤的授時信息，使這個區域內用戶的時間出錯，造成極大干擾。我國北斗系統尚未啟用時，就曾出現過由于GPS信號異常而整個城市無法通信的事件。
北斗系統在授時方面還有一個其他衛星導航系統不具備的優勢，就是北斗使用了地球同步軌道衛星。這種衛星的授時誤差在整個中國區域內變化不大，并且誤差隨時間變化也相對緩慢，授時穩定性在時間上和空間上都很高。舉個例子，有兩個表，一個表的誤差是固定的，每天都是5分鐘的誤差，另一個表的誤差是隨機的，今天快三分鐘，明天慢三分鐘，完全不可預料，我們想要哪個表呢？表面上看第一個表的誤差大，但它仍然比第二個表好，因為只要固定地減掉5分鐘，這個表就準了。
北斗系統即將完成最后一顆衛星的發射，全面開通后，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導航、授時服務，并具有短報文通信能力。
北斗系統已在各個場合發揮重要作用，也將在更多場合中發揮作用！