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計量論壇

標(biāo)題: 格林威治時間存廢之爭 [打印本頁]

作者: 醬里個醬 時間: 2011-11-26 19:41
標(biāo)題: 格林威治時間存廢之爭
國際電信聯(lián)盟將在一個月后最終宣布是否用原子時取代格林威治時間。激烈爭論的背后是巨大的利益考量
　　說起格林威治時間有可能被取代，中國科學(xué)院國家授時中心（下稱國家授時中心）時頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室主任董紹武很是不滿。在一次國際會議上，他為此和美國科學(xué)家吵過一架。
　　在場的美國科學(xué)家問董紹武，取消格林威治時間會帶來哪些不好？董紹武反駁，不應(yīng)該由他解釋有什么不好，而應(yīng)由對方說明現(xiàn)在的格林威治時間為什么不好？“比如說，現(xiàn)在開會的房子挺好的，你要拆掉，要告訴我為什么拆，而不是讓我告訴你為什么不能拆。”
　　董紹武的態(tài)度基本上代表了絕大多數(shù)中國科學(xué)家的立場，現(xiàn)行的以格林威治時間為基礎(chǔ)的時間體系，已經(jīng)運(yùn)行了將近40年。
　　目前，美國、日本、法國等已向國際電信聯(lián)盟遞交了以原子時取代格林威治時間的申請。中、英兩國明確表示反對。
　　一個多月后，即2012年1月，擁有145年歷史、負(fù)責(zé)信息通信技術(shù)事務(wù)的聯(lián)合國主導(dǎo)機(jī)構(gòu)——國際電信聯(lián)盟，將最終宣布是否調(diào)整。
半個世紀(jì)的協(xié)調(diào)
　　自古以來，人類都是隨著太陽的東升西落晝伏夜出。人們將太陽兩次經(jīng)過中天的時間，分成24小時，就是一個太陽日。這是地球自轉(zhuǎn)與繞太陽公轉(zhuǎn)的共同結(jié)果。
　　為使全球時間有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，自1924年2月5日開始，全球以本初子午線所經(jīng)過的英國倫敦郊區(qū)皇家格林威治天文臺的時間為標(biāo)準(zhǔn)時間（Greenwich Mean Time，GMT），每隔一小時，這里會向全世界發(fā)放調(diào)時信息。
　　但在上世紀(jì)初，精密的天文觀測發(fā)現(xiàn)，地球自轉(zhuǎn)速率變化不均勻。隨著現(xiàn)代科技對精確時間計量的需要，“原子時”（International Atomic Time，TAI）作為一種更精確的計時方式在1955年被引入。這是一種以分布于全世界的大量運(yùn)轉(zhuǎn)中的原子鐘數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而計算得到的時間尺度。
　　世界時系統(tǒng)中1秒的定義，是一個平太陽日的八萬六千四百分之一；而原子時所定義的1秒，是從銫原子中電子能級躍遷周期的9192631770倍。兩者是完全獨(dú)立的兩個系統(tǒng)，后者可以精確到計算1500萬年時間，誤差僅為1秒。
　　原子時是均勻的，而世界時是不斷變化的，因此，盡管兩者在1958年1月1日世界時零時是同步的，但隨著時間的推移，兩者的時間差越來越大。到了1972年，其差距已經(jīng)大到10秒。為彌補(bǔ)這個差距，國際上提出根據(jù)世界時給原子時用“閏秒”修正，開始使用協(xié)調(diào)世界時（Coordinated Universal Time，UTC）。協(xié)調(diào)世界時要求其與原子時的差別必須是整數(shù)秒，與世界時的差距必須在0.9秒以內(nèi)。
　　何時調(diào)整閏秒，是正閏秒還是負(fù)閏秒，由國際地球自轉(zhuǎn)和參考系服務(wù)機(jī)構(gòu)（IERS）根據(jù)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)的測定結(jié)果決定，并發(fā)布通知。
　　如果IERS宣布要調(diào)整閏秒，這個閏秒則被增加到當(dāng)年6月30日或者12月31日的最后一秒，也就是59分59秒后不是0分0秒，而是59分60秒。自1972年UTC比TAI增加了10秒后，幾乎每隔一兩年就要增加1秒。但是由于1998年后地球自轉(zhuǎn)突然加快，在1998年到2005年的七年間并未閏秒，最近的一次，是2008年底做的調(diào)整。目前，UTC已調(diào)整過24次，比TAI慢了34秒。
　　在中國，由位于陜西省的國家授時中心通過原子鐘和時間測量設(shè)備產(chǎn)生UTC，發(fā)播給用戶，最后，傳到諸如筆記本、手機(jī)等終端接收設(shè)備。
　　可以說，普通人意識不到閏秒存在。但對于授時機(jī)構(gòu)、通信、航天、電子等時間精度要求較高的領(lǐng)域，調(diào)校時間并非易事。這也為后來的協(xié)調(diào)世界時與原子時之爭埋下了伏筆。
十一年拉鋸戰(zhàn)
　　1972年以后，衛(wèi)星導(dǎo)航和通信系統(tǒng)的發(fā)展大大超過了天體導(dǎo)航，從而削弱了對閏秒和UTC的需求。與此同時，閏秒給不同系統(tǒng)帶來的麻煩逐日增多，使UTC的定義出現(xiàn)了問題。
　　1999年，國際電信聯(lián)盟（ITU）、IERS和國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）等機(jī)構(gòu)發(fā)起一份調(diào)查，征集不同領(lǐng)域的專家對于調(diào)整UTC和取消閏秒的意見，閏秒取消與否，是兩派爭論的關(guān)鍵。
　　建議取消閏秒的一派認(rèn)為，閏秒會造成與UTC緊密同步的計算機(jī)設(shè)備中斷。而當(dāng)這些計算機(jī)為控制公共管理諸如空中交通管制的設(shè)備時，這種短暫的中斷則可能造成很大損害，而大多數(shù)人并不需要閏秒。
　　另一派觀點(diǎn)與此相反。他們提出，針對同步計算機(jī)設(shè)備的中斷問題，還沒有相應(yīng)的足夠多的證據(jù)證明確實(shí)存在這種風(fēng)險。而互聯(lián)網(wǎng)以及新的計算機(jī)的誕生，則讓閏秒的調(diào)整越來越容易。最重要的一點(diǎn)，則是閏秒的存在尊重了擁有5000年歷史的人類的“時間文化”。
　　中科院上海天文臺時間頻率技術(shù)研究室副主任黃佩誠對財新《新世紀(jì)》說，地球自轉(zhuǎn)是不準(zhǔn)的，閏秒的作用就是為了和人的習(xí)慣保持一致。“這么多年已適應(yīng)了，好多科學(xué)儀器都已經(jīng)作了調(diào)整，如果取消，千百萬年后，有可能半夜1點(diǎn)變成早上了，與人的習(xí)慣不相符。”
　　由于雙方僵持不下，在2003年5月，在意大利都靈召開的第一次意在討論修改UTC和取消閏秒的會議上，也并未拿出一個明確結(jié)論。
　　2004年9月，美國代表團(tuán)向ITU再次提出關(guān)于放棄閏秒的申請，希望后者能夠在2005年11月的工作會議上考慮測試。時任IERS主席丹尼爾·蓋比斯（Daniel Gambis）認(rèn)為，這是一次很好的向各國代表和機(jī)構(gòu)征詢意見的機(jī)會──關(guān)于調(diào)整UTC和取消閏秒的大范圍征詢再次展開。
　　美國的動議意味著將人類的計時方式完全獨(dú)立于地球自轉(zhuǎn)。當(dāng)然，為避免原子時與人們的習(xí)慣拉得太大，甚至提出了“閏小時”的概念。劍橋大學(xué)計算機(jī)系的馬庫斯·科恩（Markus Kuhn）博士指出，取消和保持閏秒都有利有弊，但是閏小時對現(xiàn)有系統(tǒng)的破壞性更大。
　　根據(jù)征詢結(jié)果，美國代表團(tuán)并沒有獲得更多支持。2008年底，支持取消閏秒的一派再次提出動議，并表示已得到更多的支持；而英國、中國等國家則明確表示反對。
背后是利益之爭
　　閏秒的信息，是經(jīng)由國家授時中心通過授時系統(tǒng)發(fā)播出去，高精度時間需求部門通過專用定時接收機(jī)接收無線電信號，自動進(jìn)行“閏秒”。
　　董紹武對財新《新世紀(jì)》記者說，中國的相關(guān)機(jī)構(gòu)都已經(jīng)適應(yīng)了閏秒的存在。即便是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，都已經(jīng)做了調(diào)整。據(jù)他了解，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的專家也反對取消閏秒的提議。
　　董紹武認(rèn)為，從技術(shù)上而言，現(xiàn)在的國際標(biāo)準(zhǔn)時間體制可以有效運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，現(xiàn)有的時間標(biāo)準(zhǔn)既照顧了人們的日常生活，又利用了原子時的準(zhǔn)確秒長，因此沒有必要去進(jìn)行修改。如果取消閏秒，對于中國來說，其成本則可以用“巨大”來形容，“可能要幾百億”。
　　董紹武解釋說，成本主要涉及接收終端的設(shè)備費(fèi)用，以及軟件重新編制的費(fèi)用。但是，對于兩個月后的結(jié)果，董紹武心里并沒有多大的把握。和大多數(shù)科學(xué)家一樣，他希望維持現(xiàn)狀。
　　黃佩誠也指出，國內(nèi)買了很多美國的正版軟件和設(shè)備，如果修改，要給美國很多錢。他認(rèn)為，可以參照千年蟲時候的改造成本。“上次千年蟲的時候，美國自己就花費(fèi)了幾十億美元。”
　　盡管在是否調(diào)整UTC和取消閏秒的問題上仍有很多爭論，但大部分國際電信聯(lián)盟的成員國和組織都已形成一些共識，即應(yīng)當(dāng)在公開透明的前提下，考慮所有的可能之后，才決定是否調(diào)整UTC以及取消閏秒；即便確定取消閏秒，也應(yīng)給出幾年的時間，以便成員國在法律、政治和設(shè)備上做出相應(yīng)的修改；不應(yīng)禁止UTC等其他時間標(biāo)準(zhǔn)存在；而如果取消閏秒，時間設(shè)備上所做的修改應(yīng)盡可能減少，從而把擾亂系統(tǒng)的風(fēng)險降到最低。

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