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      超厲害的“冷原子鐘”

      2019-06-18 09:01:52李林明
      關(guān)鍵詞:報時原子鐘誤差

      □李林明

      過去人們怎樣報時?說來極為有趣。由于古時鐘表還未普及,聰明的古人便想到了借助鐘鼓來報時。他們在繁華的都市中修建了鐘鼓樓(如圖1),樓內(nèi)設(shè)置負(fù)責(zé)計時的銅刻漏(如圖2)和負(fù)責(zé)報時的更鼓與銅鐘。

      圖1

      圖2

      銅刻漏仿制天池、平水、萬分設(shè)置成三級,均為方斗形。各漏壺下端中心處設(shè)有龍嘴,將上一級漏壺之水向下一級漏壺流送。收水壺為圓柱形,壺頂設(shè)雙龍抱扶箭尺,可隨壺的水位緩緩升起,每14分24秒即古時一刻時間上升一個刻度。每逢這時,司時人員就會根據(jù)白天與黑夜選擇擊鼓(如圖3)或撞鐘(如圖4)的方式向人們報時。就這樣,悠遠(yuǎn)的鐘鼓聲掌控著人們的起居,形成了古代都市特有的蒼遠(yuǎn)與厚重。

      圖3

      圖4

      1924年以后,北京的鐘鼓報時聲不再響了,取而代之的報時方式是午時鳴炮(如圖5)。鳴炮地點是在宣武門城樓上,使用的是兩尊退役的德國克虜伯野炮。有意思的是,第一次響炮就震塌了附近的兩間民房,于是只好把這兩尊野炮分開鳴放,其中一門被安置到北城安定門城墻上。

      圖5

      在炮臺西北側(cè)有兩間小房作值班室,里邊有電話與北京觀象臺連通。每當(dāng)快到中午時,兩個值班人分工合作,一人守在電話旁,聽電話里傳來的指令;另一人揭開炮衣,裝好炮藥、手持點燃的長香,站在炮位上靜候指令下達(dá)。只要聽值班室傳來“準(zhǔn)備”的口令,炮臺上的人馬上就把長香放在藥引前,很快屋里又傳來“放!”的口令,炮藥點燃,午炮發(fā)出轟鳴,這聲音響徹大街小巷,人們就知道:現(xiàn)在是中午12時,有表的趕快對表。當(dāng)時人們帶手表的很少,大部分人都是依靠“午炮報時”來安排自己的生活。

      午時鳴炮的制度一直延續(xù)到二十世紀(jì)三十年代,由于鳴炮的費用太大,最后停止了這項報時活動。后來這種報時方式很快被鐘表、電臺報時所代替。

      而今,隨著我國“天宮二號”(如圖6)的發(fā)射升空,中國已經(jīng)擁有了屬于自己的冷原子鐘(如圖7)。

      圖6

      圖7

      機械表(如圖8)1天差不多有1秒的誤差,石英表(如圖9)10天大概有1秒的誤差,而這臺冷原子鐘則可以達(dá)到每3000萬年才誤差1秒的精度!

      圖8

      圖9

      空間冷原子鐘的精度秘訣主要在于“高、冷”:一方面得益于太空中“天宮二號”的“微重力環(huán)境”;另一方面則因為其自身的“冷”。

      在微重力環(huán)境下,原子團可以做超慢速勻速直線運動,基于對這種運動的精細(xì)測量可以獲得地面上更加精密的原子譜線信息,從而可獲得更高精度的原子鐘信號。

      此外,利用激光冷卻技術(shù),將原子溫度從室溫降低到接近絕對零度,再對這些幾乎不運動的原子進行測量,結(jié)果會更加準(zhǔn)確。

      冷原子鐘的超強精度對空間其他衛(wèi)星原子鐘的校準(zhǔn)、深空導(dǎo)航定位等均可以提供強有力的支撐,讓祖國科技的前進步伐越來越快。

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