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地球人为何都要使用格林威治时间?

2020-11-02 18:12:58

本文转自微信公众号:中国国家地理BOOK(id:cngbook360)。未经授权,不得转载。

▲ 英国格林威治天文台的时钟。图/Wikipedia

世界共此时

设想一下:你正乘坐一辆早上8点整出发的火车前往另一个城市,车程共4个小时,你肯定希望在中午12点到达目的地,对吧。

但在19世纪末以前,这几乎是不可能的,因为起点和终点两个地方的12点就不一样。那时,几乎每一个地方都有自己测算时间的方式,哪怕只是相隔几公里的两个城市,12点的钟声都很难一起敲响。

这种状况一直持续到了136年前的今天,那一天,格林威治时间成为了全球通用的标准时间。

想知道位置?先知道时间!

最初使用格林威治时间的,是英国海军。

我们都知道,地球上的任何一个位置,都可以用经度和纬度来表示,在大航海时代到来之前,有经验的水手就已经可以轻松通过观测太阳或者北极星的高度来确定纬度,但没有任何天体能够用来直观地显示经度,也就是说,我们测不出来经度

所以,早年的航海家只能沿着大陆海岸线行进,比如郑和,或是沿着纬度圈航行,比如哥伦布,如果没有被美洲大陆挡住的话,他的确能航行到印度。

▲ 哥伦布的四次航线,他的船队当时是一直向西航行。图/Wikipedia

没有经度,人们就无法绘制精确的航海图,船只也无法判断暗礁和小岛的位置。1707年,一支英国舰队遭遇大雾,迷失了方向,4艘战舰撞上了海岛沉没,1500多名水手丧生。为了解决经度难题,英国国会的悬赏奖金就高达2万英镑。

▲ 18世纪英国皇家海军统帅纳尔逊的旗舰——胜利号。图/Wikipedia

计算经度,其实就是测量时间差:地球每24小时转一圈,即360个经度,这就是说,每隔15个经度,就有1个小时的时差,如果我们同时知道出发地的时间和现在位置的时间,就能算出两地相差的经度有多少(其实就是把时区的逻辑倒过来)。

▲ 旋转的地球。图/Wikipedia

举个例子来说,一艘船花了1个月的时间从伦敦行驶到了纽约,船员发现纽约的当地时间是12点,而伦敦此时的时间是17点,那就能算出纽约的经度是西经(17-12)×15=75度,那么问题来了:纽约和伦敦的时间,他是怎么知道的?

▲ 地球上的经线。图/Wikipedia

测定纽约的时间很简单,用六分仪在半个小时内就能做到,但是在没有无线电通信的18世纪,伦敦的时间却很难获得。那时人们所用的钟表经不住航行的颠簸,完全无法准确计算时间的流逝,所以,测量经度的问题又转到了航海钟的发明上。

▲ 水手在使用六分仪。图/Wikipedia

1759年,英国人哈里森制作出了一款名为H4的航海钟,在81天的海上航行测试中,H4只慢了5秒钟!哈里森如约获得了2万英镑的全额奖金,成为了人生赢家。

▲ 哈里森的H4航海钟。图/Wikipedia

自此之后,在英国的战舰和商船上,都配备了一块H4,上面显示的是伦敦郊外的格林威治天文台表上的时间,这是我们今天所熟知的格林威治时间了。

格林威治时间,走向世界

时间来到了19世纪,火车的出现、大规模的物流让各国、甚至全球通用的准确时间成为了必须,想一想川流不息的火车站吧,远道而来的两列火车,如果司机的怀表误差个1、2分钟,那很可能会发生相撞事故。

▲ 莫奈笔下的1877年的芝加哥火车站。图/Wikipedia

但是,各个地方自己测量出的时间,差出个一两分钟是常事儿,比如在1858年11月24日,一名多塞特郡的法官在10点06分判定一名缺席的原告败诉,原因是他未能准时到达庭审现场,然而就在2分钟后,原告出现了,他向法官解释道,从他家乡肯帕兰郡喀来耳镇火车站的时钟来看,他并没有迟到。

▲ 德国德累斯顿中心广场上的圣十字教堂,可以清楚的看到上面的钟塔,中世纪时全城都要靠教堂的钟楼报时。图/Wikipedia

这意味着,只有当所有人都用同一个测量结果时,这种误差才不会产生问题。那么,作为当时世界上最为强大的国家,日不落帝国海军使用的“格林威治时间”,能否进一步成为全球时间的标尺呢?

1880年8月2日,英国议会首次确定了格林威治时间为全英国的标准时间,这背后的动力,就包括上面那个法庭事故。

英国的决定,很快就影响到了大洋彼岸的美国,这个经济实力正在突飞猛进的国家,在3年后也选择了格林威治时间。

▲ 1865年,南北战争结束后,美国迎来了一段高速发展的时期,图中为1869年5月,在犹他州海角峰会上完成了第一条跨大陆铁路的竣工仪式。图/Wikipedia

美国选择格林威治时间可以说非常必要,在此之前,美国自己有300多个当地时间,而美国的铁路系统,则有50多个时区,每个时区都有自己的时刻表,在跨越时区的时候要来回更换,复杂程度可想而知。

▲ 19世纪70年代的铁道信号系统。图/WIkipedia

1884年11月1日,格林威治时间在美国华盛顿特区的国际子午线会议上被与会者普遍接受。所谓子午线,就是经线,中国古人以“子”为正北,以“午”为正南,所以经线又被翻译成子午线。

▲ 格林威治天文台的0度经线标志。图/Wikipedia

会议上,穿过格林威治天文台的经线,被约定为0度经线,又称本初子午线,自此线向西为西经,向东为东经,各180度,共划分为24个时区,每个时区之间相差1小时。12天后,也就10月13日,国际天文学家代表会议确认了华盛顿会议的决议,格林威治时间正式被采用为国际标准时间。

▲ 本初子午线和赤道。图/Wikipedia

虽然0度经线被称为本初子午线,但这条线贯穿了欧洲和非洲的大片土地,所以它既不是东西半球的划分线,也不是标志一天起始的国际日期变更线。东西半球的分界是西经20度和东经160度两条经线,国际日期变更线则是太平洋上一条来回拐弯的线,以避免与某一个国家相交。

我们现在用的是格林威治时间么?

读到现在,你是不是想赶紧看一下手机屏幕右上角的时间,去感受一下这享誉百年、为人类做出巨大贡献的格林威治时间呢?

很可惜,你现在所用的时间,并不是它,因为在1978年12月3日,国际电讯联盟决定以协调世界时间(UTC)取代格林威治时间(GMT)。

▲ 成立于1865年的国际电信联盟,它成立时,格林威治时间还未成为世界时间,中国是该组织48个理事会成员之一。图/Wikipedia

格林威治时间用得好好的,为什么要被取代呢?这是因为人们发现它不准了。

格林威治时间是一个天文时间,它以太阳经过格林威治天文台上空最高点位置时的时间为正午12点,但是地球的旋转速度其实是逐年减慢的,每一年都会差上零点几秒。

在国际计量体系中,时间是七个基本量之一,以天文学为测量基础的格林威治时间,肯定无法满足科学精度的需要。于是,人类发明了原子钟,也就是利用原子内部电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波频率作为标准,来规定一秒的时长

▲ 世界上第一台铯原子钟。图/Wikipedia

原子钟测算出来的时间相当精确,最好的铯原子钟,精度达到每2000万年误差1秒,而最先进的锶晶格原子钟,能够在50亿年之内不会走快一秒或者走慢一秒,这个年限甚至超过了地球的年龄。

▲ 2004年出现的芯片级的原子钟,被认为可以大幅提高GPS定位能力。图/Wikipedia

我们手机里、钟表中每一秒钟的时间流速,就是由原子钟测量出来的世界原子时(IAT),它来自于全球50多个国家实验室中400多个原子钟所保存时间的加权平均值。协调世界时间,就是以这个最准确的时间为基础的,但它要在IAT的基础上做“协调”。

▲ NIST-F1铯喷泉原子钟,是美国时间和频率标准。图/Wikipedia

为了不让真实的IAT与我们体验到的天文时间,即格林威治时间相差太远,每过几年我们就要在IAT的基础上加入或减去1秒(闰秒)的协调,让两者更为接近,加入闰秒协调的IAT,就是协调世界时间。

在无需精确到秒时,协调世界时间和格林威治时间是几乎可以等同的,因为“协调”的门槛是0.9秒,也就是说,协调世界时间和格林威治时间的差距不会大于0.9秒。

▲ 协调世界时与格林威治时间之间的差值。图/Wikipedia

不过,虽然格林威治时间现在已经不用了,但每年精确的协调世界时间还是会由格林威治天文台向世界各地发出,这或许,是人类对祖先智慧的一种致敬吧。

▲ 格林威治天文台。图/Wikipedia

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文丨张雨晨

封图 | 图虫·创意

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