|
引子：一秒都不能等 时间服务：天文台曾经的重要任务 英国伦敦的格林尼治天文台始建于1675年，后被确定为“世界时区”的起点（本初子午线从该天文台穿过），是当时世界上测时手段最先进的天文台之一，1924年2月5日开始每小时播放格林尼治时间讯号，各国都以此来校准时间。不过，从上世纪50年代起，为英国决定时间标准的任务已经转交给了英国国家物理实验室（NPL）。 中国南京的紫金山天文台始建于1928年，由当时国民政府在南京成立的中央研究院天文研究所负责建设，并于1934年落成启用。据记载，1929年，天文研究所即在南京鼓楼设立电子授时所，并于东经120˚标准时每日正午时刻进行放音报时，后交由民众教育馆接办，但在放音前数分钟仍先与天文研究所对钟一次。新中国建国之初，授时工作转移到由中国科学院紫金山天文台接管的上海徐家汇观象台，后逐步转由1962年成立的上海天文台负责。从1981年开始，我国标准时间的建立、保持和授时发播工作正式转移至中国科学院国家授时中心（原中国科学院陕西天文台）。 电影中提到的这两个天文台在承担时间服务任务时都曾用一种特殊的望远镜——中星仪（本初子午线即从格林尼治天文台的埃里中星仪下穿过）。这种望远镜结构特殊，只能在经过天顶的子午线上沿着正南正北转动。如此设计使得恒星在每日随地球自转的东升西落过程中只有经过子午线（即上中天）时才能被观测到，天文学家在观测基础上利用恒星上中天时刻其已知赤经在数值上等于该瞬间恒星时的原理，并通过转换关系得到世界时。 今天全球都使用原子时作为时间计量基准。原子时由原子钟提供，不仅精确，而且可以迅速得到，如国家授时中心铯原子喷泉钟NTFC-F1的准确度可达3000万年偏差不超过一秒，远远超过了地球自转的均匀程度。 历书天文学和天文历书 中国科学院紫金山天文台长期致力于历书天文学的研究，是我国天文历书编算的权威机构，每年为国家和公众提供广泛的历书应用和服务。 历书天文学是建立在天体测量和天体力学基础之上的、有着广泛应用价值的基本天文学分支学科。其基本的学科目标是：针对具体的天体和参考系，以尽可能高的精度给出天体的位置预报，以及决定于天体相对位置的各种天象（如日月出没、交食互掩等）预报。天文历书就是专门刊登天体位置预报和天象预报内容的载体。 紫金山天文台自新中国成立以来每年编算出版天文年历（其中包含太阳出没时刻表）。经过几代历算科研人员不懈的努力，实现了从依赖外国“洋历”到独立自主编算的历史性突破，并不断改进更新计算模型和计算设备以保障计算精度和服务质量，很好地满足了日益发展的国防和国民经济建设需求。 七十载斗转星移，我国历书编算的历史变迁也见证了国家从一穷二白到繁荣昌盛的巨大发展。 国旗升降时刻：怎么算的？ 作为天安门广场最庄严的仪式之一，国旗升降时刻与太阳出没同步寄托着国人对国家繁荣昌盛的美好祝愿，是国旗升降仪式之神圣性的重要体现。因此日出、日没时刻的准确预报为彰显国旗升降仪式的庄严性提供了重要基础。 太阳出没时刻随日期和地点而变化。对于同一地点，不同日期太阳的出没时刻不相同，对于同一日期，不同地点的太阳出没时刻也不一样。为规范国旗升降时刻，紫金山天文台编算每年全国各直辖市、特别行政区、省会城市、地级市及自治州人民政府、地区和行政公署所在地的日出、日落时刻，给出其国旗升降的标准时刻——《中华人民共和国国旗标准升降时间》，为规范升降国旗的时间和太阳升落同步提供了科学依据。 日出日没：不能忽视的50’ 太阳随地球自转做自东向西的周日视运动，每天从地平线上升起为出，地平线上落下为没。因为太阳看起来是有一定大小的圆面（直径约为32′），所以日出日没时刻在天文上定义为太阳圆面的上边缘和地平线相切的时刻。 另外，太阳光线通过地球大气层时会产生弯曲，受此影响，我们看到的太阳位置比实际位置要高，两者方向之差叫做大气折射。国际通用的日出日没计算标准模型取太阳视圆面半径值为16′，地平处的大气折射值为34′。因此，当我们看到太阳上边缘与地平相切时，太阳中心实际在地平下面50′的位置。太阳的位置每时每刻都在变化，于是日出日没时刻计算问题便转化为如何求解太阳地平高度正好等于-50′的时刻。 太阳出没计算模型示意图 | 图源：紫金山天文台 紫金山天文台建立有太阳位置随时间和地点变化的高精度计算模型。该模型依据国际天文学联合会（IAU）等关于基本天文学的最新决议和规范，涉及太阳系基本历表、时间系统的定义和转换模型、参考系的定义和转换模型、天文常数系统等。由此模型我们可以计算任意时间天安门广场的太阳地平高度，然后以太阳地平高度等于-50′为判据，采用根据已知函数反求时间引数的数值方法计算得到天安门广场每天的日出和日没时刻。天安门广场国旗班的旗手们每天就是按照这个时刻升降国旗的。 为庄严的天安门广场国旗升降仪式提供准确的日出日没时刻，是中国科学院紫金山天文台的责任和荣誉。天安门地区管理委员会曾向紫金山天文台赠送了一面在天安门广场升起过的国旗。在五星红旗冉冉升起，一轮红日从地平喷薄而出时，祝愿我们的国家与日同辉，繁荣昌盛！ 作者简介 成灼：中国科学院紫金山天文台“历算和天文参考系研究团组”副研究员。研究方向：历书编算。负责《中国天文年历》、《航海天文历》和民用日历等的编算。 撰文：成灼 编辑：王科超、高娜 |
|
|
