中国原子钟校准国际标准时间丨科技前线

近日，国际权度局（BIPM）公报公布了铯原子喷泉钟（编号NTSC-CsF2）连续18个月的频率数据，标志着中国科学院国家授时中心（简称国家授时中心）自主研制的铯原子喷泉钟被认可参与校准国际标准时间（协调世界时UTC），开始驾驭国际原子时（TAI）。

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这里定义“北京时间”

在位于陕西省西安市临潼区的国家授时中心，运行着我国最早建成的国家重大科技基础设施——国家长短波授时系统。 著名科学家钱学森先生亲切地称它为 “中国的一面大钟”。

国家授时系统主要包括“时间基准系统”和“授时发播系统”两大部分。“时间基准系统”也叫“守时系统”，是北京时间的产生系统。“授时发播系统”也叫“授时系统”，是通过一定的技术手段把标准时间信号及信息发送出去，供用户接收使用。

经过五十多年的发展，中国已经建立了世界上技术手段最为完善的国家授时体系。

▲国家授时系统主要由守时系统和授时系统组成（括号内的数值代表该授时手段目前精度范围）

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驾驭国际原子时

1972年，协调世界时（UTC）被规定为国际标准时间，它利用原子时的均匀性，采用原子时的“秒长”； 在“时刻”上，通过“闰秒”的形式，在一定范围内与世界时保持一致。

原子钟提供的原子时，可以用于精密测量时间间隔，但它没有确切的时刻含义。基于地球自转测量的世界时则相反，它的秒长间隔不稳定，但它反映着地球在空间旋转时的地轴方位变化，与人们日常生活密切相关。

如何确定原子时的“秒长”？首先，国际权度局（BIPM）利用全球87个产生着不同国家和地区标准时间的守时实验室，近600台守时原子钟每天通过卫星链路比对测量，再根据每个原子钟的性能，利用专门的算法计算得到一个稳定的自由原子时。

确定稳定的自由原子时后，通过运行在部分国家守时实验室，经国际认证的约10台基准钟，进行秒长校准，形成既稳定又准确的国际原子时。这个对自由原子时进行秒长校准的过程，就是驾驭国际原子时。

国家授时中心围绕运行可靠、性能优异的铯原子喷泉钟基准钟实现，连续攻关近20年。2023年12月，国家授时中心向国际计量局提出铯原子喷泉钟NTSC-CsF2参与国际原子时驾驭工作的书面申请。在开展了多轮讨论和评估后，2024年3月工作组全体成员一致同意NTSC-CsF2参与驾驭国际原子时。

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中国时间影响着全世界时间

铯喷泉基准钟NTSC-CsF2作为基准在国家守时系统的应用，确保了国家标准时间无需使用滞后的国际比对结果，以及特殊情况缺乏国际比对的情形下，仍能保证国家标准时间的准确性，意义重大。NTSC-CsF2获许参与国际标准时间日常校准，让中国在校准自由原子时从而产生国际原子时的工作中，不仅具有“话语权”，而且拥有“表决权”。

▲国家授时中心与企业合作研发的光抽运守时小铯钟

▲国家授时中心研制铷喷泉守时钟

▲国家授时中心研制的铯喷泉基准钟

国际上在讨论2030年前后，应用性能超越现有基准钟（铯喷泉钟）两个量级的光钟重新定义时间单位“秒”。为始终拥有国家标准时间的自主校准能力，保证国家标准时间的准确性，国家授时中心正在开展锶原子光钟研制，以期在未来国际“秒”定义变革中，推出中国方案，贡献中国智慧。

▲国家授时中心研制的地面锶原子光钟

目前，只有美国和中国拥有国家标准时间产生所需要的所有类型原子钟以及世界时测量系统的研发能力。国家授时中心应用研制的系列新型原子钟和世界时测量系统，不仅实现了国家标准时间的自主可控，而且实现了性能先进。

为更好支撑保障经济社会运行、国家安全和科技发展，国家授时中心在努力抢占时间频率领域科技制高点，不断改进北京时间性能，继续巩固和提升中国对国际标准时间的贡献度和影响力。

来源：中国科学院国家授时中心

责任编辑：宋同舟 王颖