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撰文:劉迪森     2013年9月  

時間標準基本上分為兩類。一類是基於天文學,稱為「天文時」。另一類則以原子振動的頻率作為依據,稱為「原子時」。

「天文時」是基於經常重覆發生的天文事件而制定的時間,如地球自轉造成日與夜,地球圍繞太陽公轉產生不同的季節等。以往利用日晷顯示太陽位置來測量的時間稱為「視太陽時」。但由於地球按橢圓軌道環繞太陽運行,加上地球自轉軸與地球環繞太陽公轉的平面形成傾角,一年之中太陽的視運動速度都在變化,「視太陽時」的時間長度並不均勻。另一種較有均勻性的「平太陽時」是利用在天球上以均勻速度運動的虛擬太陽來定義的時間,與「視太陽時」的平均相符。國際上,在格林尼治子午線(即經度 0度)的「平太陽時」定為「世界時」﹝UT0﹞,又叫「格林尼治平時」﹝GMT﹞。隨著較為精確的時鐘面世,天文學家發現在不同地點量度的「世界時」出現差別,其後發現這種差別是由於地軸擺動而引起的。各地天文台詳細測量了地軸擺動對「世界時」的影響後,制定了一種稱為 UT1 的新時標修正這種差別。

 

  • 圖一 圖一
圖一 「天文時標 UT1」與「協調世界時 UTC」 的差距。自 1972 年至今加入閏秒共 26次。閏秒並非按固定的時間間距出現,1980 年代、1990 年代和 2000 年代分別加入閏秒 6 次、8 次和 3 次,可見地球的自轉速度不時會出現加快或減慢的現象。此外,1972 年前 UTC 的定義不一樣,故此 1972 年前後的差距不能作直接比較。(圖片來源:國際地球自轉事務中央局)
  

「原子時」是基於原子振動的頻率而制定的時間。原子頻率標準的研究顯示,銫-133原子振動的頻率非常穩定和均勻,可以利用這個特性來定義「秒」。一九六七年第十三屆國際度量衡會議通過了一項決議,採納銫-133原子振動的「秒」代替以天文觀測作為「秒」的定義,從而制定「原子時」 (TAI) ,作為一種國際參照的時標。

由於受到大氣運動及其它地球物理現象的影響,地球的自轉速度並不平均,而且更逐漸減慢,天文時標定義的一秒比標準的原子鐘時間的一秒稍長,一九七二年初遂引入一種稱為「協調世界時」﹝UTC﹞的折衷時標。「協調世界時」在一般情況下遵從原子時標,但在有需要時加進閏秒,務求與天文時標的差距保持在 0.9 秒以下 (圖一)。「協調世界時」是現時世界通用的民用時間標準,由國際度量衡局根據全球50多個授時機構及時間實驗室內300多台原子鐘數據,按照各原子鐘的穩定性以加權平均為基礎定岀「協調世界時」(圖二)。

 

  • 圖二 圖二
圖二 2013年4月分佈全球參與訂定協調世界時的授時機構及時間實驗室 (圖片來源:國際度量衡局)
  

一九七二年一月一日開始香港採用「協調世界時」作為法定時間標準。香港天文台是香港的官方授時機構,透過每日誤差少於百萬分之一秒的銫原子鐘 (圖三) 提供授時服務,並利用高準確度的時間傳輸系統和全球定位系統共視方法,定期與國際度量衡局交換時間數據,以維持香港標準時間,和參與訂定「協調世界時」。

 

圖三
圖三 香港天文台銫原子鐘
  
 
 



 

最近修訂日期: <2013年11月6日>