原子时、协调世界时、闰秒

原子时原子时：ATI（international atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准的时间计量系统[1]。

原子时的初始历元规定为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯 -133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间。

这是一种均匀的时间计量系统。

由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原子时已取代历书时作为基本时间计量系统。

原子时的秒长规定为国际单位制的时间单位，作为三大物理量的基本单位之一。

原子时由原子钟的读数给出。

国际计量局收集各国各实验室原子钟的比对和时号发播资料，进行综合处理，建立国际原子时。

由原子钟（见天文时计）导出的时间叫原子时，简称AT。

它以物质内部原子运动的特征为依据。

原子时计量的基本单位是原子时秒。

它的定义是：铯原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间。

1967年第十三届国际计量大会决定，把在海平面实现的上述原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。

原子时起点定在1958年1月1日0时0分0秒（UT），即规定在这一瞬间原子时时刻与世界时刻重合。

但事后发现，在该瞬间原子时与世界时的时刻之差为0.0039秒。

这一差值就作为历史事实而保留下来。

在确定原子时起点之后，由于地球自转速度不均匀，世界时与原子时之间的时差便逐年积累。

根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供原子时。

由各实验室用足够精确的铯原子钟导出的原子时称为地方原子时。

目前，全世界大约有20多个国家的不同实验室分别建立了各自独立的地方原子时。

国际时间局比较、综合世界各地原子钟数据，最后确定的原子时，称为国际原子时，简称TAI。

TAI的起点是这样规定的：取1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒TAIs。

原理根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。

这里电磁能量是不连续的。

当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。

这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。

同一种原子的共振频率是一定的。

30年代，拉比和他的学生们在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性。

也就是在这里，他们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步。

在其研究过程中，拉比发明了一种被称为磁共振的技术。

依靠这项技术，他便能够测量出原子的自然共振频率。

为此他还获得了1944年诺贝尔奖。

同年，他还首先提出“要讨论讨论这样一个想法”（他的学生这样说道），也就是这些共振频率的准确性如此之高，完全可以用来制作高精度的时钟。

他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率。

这种超精细跃迁指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁。

在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。

当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到另一状态的跃迁。

通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。

原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。

应用人们日常生活需要知道准确的时间，生产、科研上更是如此。

人们平时所用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。

目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的。

原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。

由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了。

现在用在原子钟里的元素有氢、铯(sè)、铷(rú)等。

原子钟的精度可以达到每100万年才误差1秒。

这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。

协调世界时协调世界时，又称世界统一时间，世界标准时间，国际协调时间，简称UTC。

它从英文“Coordinated Universal Time”/法文“Temps Universel Cordonné”而来。

简介协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。

中国大陆采用ISO 8601-1988的《数据元和交换格式信息交换日期和时间表示法》（GB/T 7408-1994）称之为国际协调时间。

中国台湾采用CNS 7648的《资料元及交换格式–资讯交换–日期及时间的表示法》（与ISO 8601类似）称之为世界统一时间。

历史国际原子时的准确度为每日数纳秒，而世界时的准确度为每日数毫秒。

对于这种情况，一种称为协调世界时的折衷时标于1972年面世。

为确保协调世界时与世界时相差不会超过0.9秒，在有需要的情况下会在协调世界时内加上正或负闰秒。

因此协调世界时与国际原子时之间会出现若干整数秒的差别。

位于巴黎的国际地球自转事务中央局负责决定何时加入闰秒。

一般会在每年的6月30日、12月31日的最后一秒进行调整。

用处这套时间系统被应用于许多互联网和万维网的标准中，例如，网络时间协议就是协调世界时在互联网中使用的一种方式。

在军事中，协调世界时区会使用“Z”来表示。

又由于Z在无线电联络中使用“Zulu”作代称，协调世界时也会被称为"Zulu time"。

中国大陆、中国香港、中国澳门、中国台湾、蒙古国、新加坡、马来西亚、菲律宾、西澳大利亚州的时间与UTC的时差均为+8，也就是UTC+8。

补充知识1.原子时以精确的秒的定义为基础的时间英文：IAT（international atomic time）（即国际原子时）原子时计量的基本单位是原子时秒，由原子钟导出。

原子时秒的定义是：铯-133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间。

1967年第十三届国际计量大会决定，把在海平面实现的上述原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。

根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供原子时。

由各实验室用足够精确的铯原子钟导出的原子时称为地方原子时。

目前，全世界大约有20多个国家的不同实验室分别建立了各自独立的地方原子时。

国际时间据比较、综合世界各地原子钟数据，最后确定的原子时，称为国际原子时，简称TAI。

TAI的起点是这样规定的：取1958年1月1日0时0分0秒UT的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒TAIs。

（事后发现，在该瞬间原子时与世界时的时刻之差为0.0039秒。

这一差值就作为历史事实而保留下来。

)在确定原子时起点之后，由于地球自转速度不均匀，世界时与原子时之间的时差便逐年积累。

由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，自1967年起，原子时已取代历书时作为基本的时间计量系统。

2.恒星时以恒星为基础的相对于原子时不十分精准的时间英文：ST（sidereal time）恒星时是天文学和大地测量学标示的天球子午圈值，是一种时间系统，以地球相对于恒星的自转周期为基准的时间计量系统：即从某一恒星升起开始到这一恒星再次升起。

春分点相继两次上中天所经历的时间称为恒星日，等于23时56分409秒平太阳时，并以春分点在该地上中天的瞬间作为这个计量系统的起点，即恒星时为零时，用春分点时角来计量。

为了计量方便，把恒星日分成24个恒星小时，一恒星小时分为60恒星分，一恒星分分为60恒星秒。

所有这些单位统称为计量时间的恒星时单位，简称恒星时单位。

按上述系统计量时间，在天文学中称恒星时。

真恒星时：考虑地球自转不均匀的影响。

平恒星时：不考虑地球自转不均匀的影响。

3.太阳时以太阳为基础的相对于原子时不十分精准的时间英文：MT（mean solar time）简称“平时”，也就是我们日常生活中所使用的时间。

真太阳日：太阳连续两次经过上中天的时间间隔，称为真太阳日。

我们知道，地球沿着椭圆形轨道运动的，太阳位于该椭圆的一个焦点上，因此，在一年中，日地距离不断改变，一年四季的真太阳日长短不等。

根据开普勒第二定律，行星在轨道上运动的方式是它和太阳所联结的直线在相同时间内所划过的面积相等，可见，地球在轨道上做的是不等速运动，这样一来，一年之内真太阳日的长度便不断改变，不易选做计时单位，于是引进平太阳的概念。

平太阳日：天文学上由一个假定的太阳（平太阳）在天赤道上（而不是在黄赤道上）作等速运行，其速度等于运行在黄赤道上真太阳的平均速度，这个假想的太阳叫平太阳，这个假想的平太阳连续两次上中天的时间间隔，叫做一个平太阳日，这也相当于把一年中真太阳日的平均称为平太阳日，1平太阳日有分为24平太阳时……等等。

通常所谓的“日”和“时”，就是平太阳日和平太阳时的简称。

平太阳在该地下中天的瞬间作为平太阳时零时。

4.地方时各个地方的太阳时英文：local mean time地方平时：地方时的一种，地方平太阳时的简称。

5.世界时以本初子午线的平子夜起算的平太阳时英文：UT（universal time）以本初子午线的平子夜起算的平太阳时。

又称格林尼治平时或格林尼治时间。

各地的地方平时与世界时之差等于该地的地理经度。

1960年以前曾作为基本时间计量系统被广泛应用。

由于地球自转速度变化的影响，它不是一种均匀的时间系统。

后来世界时先后被历书时和原子时所取代，但在日常生活、天文导航、大地测量和宇宙飞行等方面仍属必需；同时，世界时反映地球自转速率的变化，是地球自转参数之一，仍为天文学和地球物理学的基本资料。

6.历书时已被原子时取代英文：ET（Ephemeris time）描述天体运动的方程式中采用的时间﹐或天体历表中应用的时间。

它是由天体力学的定律确定的均匀时间﹐又称牛顿时。

由于地球自转的不均匀性﹐1958年国际天文学联合会决议﹐自1960年开始用历书时代替世界时作为基本的时间计量系统﹐并规定世界各国天文年历的太阳﹑月球﹑行星历表﹐都以历书时为准进行计算。

历书时的定义原则上﹐对于太阳系中任何一个天体﹐只要精确地掌握了它的运动规律﹐都可以用来规定历书时。

十九世纪末﹐纽康根据地球绕太阳的公转运动﹐编制了太阳历表﹐至今仍是最基本的太阳历表。

因此﹐人们把纽康太阳历表作为历书时定义的基础。

历书时秒的定义为1900年1月0日12时正回归年长度的1/31﹐556﹐925.9747﹔历书时起点与纽康计算太阳几何平黄经的起始历元相同﹐即取1900年初太阳几何平黄经为279°414804的瞬间﹐作为历书时1900年1月0日12时整。

1967年起已用原子时代替历书时作为基本的时间计量系统，但在天文历表上仍用历书时。