盧敬叁

當每個新年的鐘聲敲響的時刻，我們就會知道這是北京時間向中國人宣告，新的一年開始了。對于我們普通人來說，時間的流逝似乎是一種司空見慣的東西。而對科學家來說，如何定義時間其實是件很復雜的事。20世紀70年代，國際協議確定了“世界時”和“原子時”兩種時間計量系統(tǒng)。由于兩種計量時間的方法不同，造成時間計量的誤差，并且?guī)砹瞬簧俾闊Ｒ虼?，研究時間的科學家呼吁取消時間計量系統(tǒng)的“雙軌制”，建議以原子時作為單一計時標準。世界時是基于格林尼治時間為基礎的，取消“格林尼治時間”會出現什么結果呢，這是人們比較關心的話題，能否取消“格林尼治時間”，世界人們都在拭目以待。

一、格林尼治時間和我們的生活緊密相關

1884年，格林尼治時間就成為世界唯一的標準時間，至今已有128年的歷史，由于格林尼治時間是根據地球自轉誕生的，受地球自轉速度快慢的影響，使格林尼治時間和原子時相比較就產生了誤差，因此，2011年下半年的國際電信聯盟會議上研究建議取消以格林尼治時間作為標準的閏秒措施。原因是地球自轉快慢影響時間的準確度，而且平均每年要閏秒，滿足不了現在的科學技術發(fā)展的需要，比如衛(wèi)星的導航系統(tǒng)，目前美國、俄羅斯、歐洲和中國都建立了衛(wèi)星導航系統(tǒng)，因此國際時間研究專家提出用原子振蕩周期為依據的“原子時”作為單一計時標準，取消閏秒，這對格林尼治時間標準有了很大影響。是否取消格林尼治時間，目前，國際電信聯盟下屬的國際無線電咨詢委員會則起到關鍵的作用。與時間有關的組織包括國際天文學聯合會（IAU），國際電信聯盟（ITU），國際地球自轉服務（IERS）等，就時間問題，各有關國際組織保持合作。國際電信聯盟（ITU）2012年無線電通信全會（PA）于1月16日至20日在瑞士日內瓦舉行，閏秒是與會各方討論的核心問題。最終結果是，無線電通信全會沒有通過美、法等國取消閏秒的提案。這意味著現行的國際標準時間“協調世界時（UTC）”將繼續(xù)使用，用于彌補世界時（UT）和原子時（AT）偏差的“閏秒”也將繼續(xù)存在。國際電信聯盟（ITU）已經決定，將推遲是否完全廢除閏秒的提議決定時間，先讓國際科學界去爭論上三年。

格林尼治時間標準是以地球運轉為基礎的，稱為“世界時”?！笆澜鐣r”與人的感知白天黑夜相一致，而“原子時”是完全以科學技術為基礎，與人的感知不是完全一致。自人類啟用“原子時”以來，兩種時間的偏差也不斷加大。從1958年算起至今，“世界時”已經比原子時慢了34s。如果完全采用“原子時”作為時間計量的基準，由于地球自轉長期減慢，日積月累，將會出現“原子時”的時間與晝夜變化不同步的問題。比如七八千年后，原子時顯示的時間可能是白天中午12點，可實際已是日落的黑夜了。這對我們人類生活有很大影響。

為了避免上述情況的出現，目前，我們采用的是世界協調時，是格林尼治時間和原子時綜合的產物。世界協調時是以國際原子時的秒長為時間單位量度時間間隔，用時刻調整，也就是從1972年起，規(guī)定時刻差不超過0.9s，一旦超過這個限制就通過閏秒，或增或減一秒來達到和世界時一致。

二、法國人為格林尼治時間的產生作出的貢獻

1492年，西方航海強國出現航海熱。那時，人們只能根據太陽高度測出緯度，卻不能定位經度，這就給航海造成很大風險，所以有大批船只迷失方向，造成觸礁、沉船等事故，西班牙是當時航海大國，損失也是最慘重的。

為了解決這一難題，德國天文學家約翰尼斯·沃納于1514年提出了“月距法”——就是根據月亮的運動的軌跡和它掠過某顆星的相對位置確定經度。1530年，荷蘭科學家伽瑪·弗里西斯提出“鐘表法”，也就是制造出準確的鐘表，按出發(fā)地時間走，到達新地點后再利用太陽測算當地時間，用時間差確定經度?？上У氖?，這兩種設想分別因基礎監(jiān)測落后和鐘表制作工藝差而難以實現。1610年，意大利天文學家伽利略提出根據木星衛(wèi)星的轉速和軌道定位經度，但他的想法沒被重視。

很多人意識到，面對極為復雜的經度問題，單靠個人奮斗難以成動。1666年，野心勃勃的法國國王路易十四宣布成立皇家科學院，以重金招募大批歐洲頂尖科學家，并在巴黎近郊建造天文臺。這些科學家的重點課題之一就是測量經度，如果成功，路易十四準備把巴黎天文臺所在地定為世界本初子午線。

在觀察月球運動軌跡3年無果后，法國皇家科學院的科學家們決定嘗試伽利略提出的木星衛(wèi)星定位法。此時，恰巧意大利人卡西尼于1668年出版了一本精確的木星衛(wèi)星表，于是法國人邀請他擔任天文臺長，并在他主持下測繪出一份經度準確的新版歐洲地圖，初步繪制了一張全新的世界地圖。

三、英國在大海難中催生格林尼治時間誕生

伽利略的木星衛(wèi)星法用在陸地上沒問題，但在驚濤駭浪的大海上卻無法平穩(wěn)觀測和計算，船長和船員們也不可能都是天文學家，所以有人堅持認為“月距法”更為實用，并將這一想法推薦到英國國王查理二世那里。英國當時是海上強國，查理二世作為強國之主當然明白其中的利害，立即召集英國頂尖科學家討論。1675年，查理二世撥款500英鎊，在倫敦郊外的格林尼治村建成一座天文臺，天文學家弗拉姆斯蒂德被任命為首臺長，年薪100英鎊。弗拉姆斯蒂德工作極為認真，但直到他1714年去世都沒有完成任務。又過了11年，在弗拉姆斯蒂德遺孀和助手的幫助下，他的《不列顛星表》得以出版。但光有星表還不夠，月亮的運行軌跡還沒搞清。

在格林尼治天文臺探索經度期間還發(fā)生了一件大事。1707年10月，英國海軍上將肖維爾爵士在地中海戰(zhàn)勝法國人，他率領乘勝而歸的艦隊途中遇到大霧、暴風，航線偏離原來的路線。10月22日，在導航員所確定的安全航線上，包括旗艦在內的4艘戰(zhàn)艦觸礁沉沒，約2000名水手葬身海底。事后發(fā)現觸礁地點距英格蘭西南端僅20英里。這一家門口的海難讓英國舉國震驚，在這之前，已有數百艘商船、戰(zhàn)艦因無法精確地確定船只位置而迷失方向，大批船員在海上患敗血癥而死。于是，很多艦隊隊長、商船船長和商會代表集中向英國政府請愿施壓，最終，1714年，英國國會邀請科學家牛頓做顧問，成立了經度委員會。英國政府還頒布法案，懸賞解決經度問題：將精度確定到半度范圍內的，獎勵2萬英鎊；確定到2／3度范圍內的，獎勵1.5萬英鎊；精度小些但可有效測定的獎勵1萬英鎊。懸賞法案出臺10年，經度問題依然懸案而未解，直到鐘表匠約翰·哈里森的出現。

四、鐘表匠擊敗科學家成為格林尼治時間的成功者

哈里森是鄉(xiāng)村木匠的兒子，無師自通地掌握了制造鐘表的技能。1730年，他來到格林尼治天文臺，把自己琢磨了4年的航海鐘設計方案推薦給天文臺臺長哈雷。得到哈雷的贊同后，哈里森用了5年的時間研制出第一臺航海鐘，很好地解決了誤差、船只晃動、暴曬高溫等問題。但哈里森不滿意，向委員會先后借款2500英鎊，又花了20多年時間，造出三臺航海鐘。最后一臺重1.45kg，經過將近半年的海上航行后，總誤差還不到2min。哈里森這時認為，榮譽和獎金都該到來了。然而經度委員會進行仔細核算后表示：1萬英鎊可以拿到，但要拿到2萬英鎊還必須再進行一次遠航，并再造兩個航海鐘以示可以成功復制。原來，在1762年晚些時候，皇家天文官馬斯卡林經過海上測試，首次證實了“月距法”的可行性，同樣接近成功，而且這種方法比航海鐘造價低得多。

在哈里森和經度委員會僵持時，法國派代表團來到倫敦，希望哈里森把航海鐘的機密高價出售，哈里森拒絕了。最后，哈里森同意把航海鐘的設計圖紙和說明上交。同時，為了拿到另外的1萬英鎊，74歲的哈里森再次拿起工具，耗費3年時間造出一臺航海鐘，之后又花了兩年時間調試。這時，老邁的哈里森感到自己無法完成另一臺航海鐘了，無奈之下，他讓兒子給英國國王寫信傾訴。在國王的協調下，英國國會繞過經度委員會，直接從國庫里劃撥了8750英鎊給哈里森。

雖然過程比較曲折，但由于哈里森窮盡一生的努力，以及他的競爭者格林尼治天文臺科學家們的探索，人們已經能戰(zhàn)勝經度難題了。哈里森的航海鐘雖然昂貴，但使用簡便；天文學家推崇的“月距法”計算麻煩，但是廉價，兩種方法交叉使用極大地促進了航海事業(yè)的發(fā)展，英國也因此獲得了至高無上的榮譽。在國際本初子午線誕生之前，各國地圖都以自己的首都或天文臺為零經度點，一些航海家還喜歡以某次航行的起點為零經度點，但隨著英國海上力量的發(fā)展和格林尼治出版的《航海年鑒》廣為流傳，格林尼治子午線逐漸被大多數航海家所接受。1884年，在華盛頓舉行國際子午線會議后，格林尼治時間正式成為世界計時標準。

五、取消格林尼治時間需要時間來檢驗

目前，我們全世界都用的是“協調世界時”，是通過閏秒來實現的。從實用的角度考慮，民用方面還是使用“協調世界時”更為符合太陽升落和晝夜交替的習慣，而在衛(wèi)星導航系統(tǒng)中，則使用“原子時”更為精確地計量時間，“原子時”是各國研究的對象，以追求更加準確的計時標準，滿足科學發(fā)展的要求。美國物理學家研發(fā)出一個非常精確的原子鐘，即使運行兩億多年都不會產生1s的偏差，是目前世界上原子鐘之首，這對空間飛行項目研究非常重要。美國海軍天文臺就擁有一個由80多臺原子鐘組成的龐大守時鐘組?！笆澜鐣r”和“原子時”面對的使用對象要求不同，取消“格林尼治時間”，使用“原子時”也是可行的，但要有一套解決“閏秒”的方案，以滿足地球人類的實際需要，讓新年的鐘聲更加準確。