太空知识科普系列（关于时间那些事）

今天是太空与您相伴的【第547期】

年度爆款电视剧

《长安十二时辰》

讲述了唐天宝三载上元节前夕

长安城陷入危局

众人在十二时辰内拯救长安的故事

剧中“时间”至关重要

时间这一看不见的东西

在现实中是如何展现的呢

下面

小太为大家

科普一下

时间计量的古今演变

日出而作，日落而息

日月更替，斗转星移，花开花落，人类数千年的文明在时间的长河中缓缓流淌，早在人类文明诞生之初，人类便开始通过对时间的计量来描述万事万物的变化。远古时期，人们以太阳的东升西落作为时间尺度，因此便有“日出而作，日落而息”的人类生活。

圭 表

据记载，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表。这当为世界上最早的计时器。圭表直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做表 ；正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做圭。当太阳照着表的时候，圭上出现了表的影子，根据影子的方向和长度，就能读出时间。

圭表可以计时，还可以用来测定节令。夏至日行极北，正午时刻表影最短，冬至日行极南，正午时刻表影最长；春分和秋分太阳出没于正东西，正午时刻圭表的倒影适中，进而确定春分、夏至、秋分、冬至四个节气。

日 晷

日晷是利用日影测得时刻的一种计时仪器，其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻，通常由晷针（表）和晷面（带刻度的表座）组成。古巴比伦在远古时期的6000年前就开始使用了，我国是在3000多年前的周朝，民间开始使用日晷计时。晷盘以南高北低的方式置于石台上，使晷针的上端指向北天极，晷面有12个格，每个格代表2个小时。

当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也会慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针一样来显示时刻。如今的“小时”概念，就是由晷面刻度演变而来，而钟表表面的设计灵感正是借鉴了晷面的结构。

北京故宫中保存着很多清朝石质日晷，其功能不仅是为了授时，更是作为皇家礼器之一，陈列于宫殿之前。

清华园礼堂前大草坪南端的日晷，是清华大学重要的纪念物，镌刻铭言：行胜于言。

漏 刻

虽然日晷和圭表计时简单可靠，但他依赖日照，当遇到阴天或者黑夜，就没法计时了。阴天下雨怎么办呢？古人的智慧不可小看，

一种突破光照限制的计时工具应运而生，他就是漏刻。

漏刻，也叫箭漏，据记载，我国西周时候就已经有了这个东西。漏是带孔的壶，刻是指有刻度的浮箭。水从壶的孔流出，壶中的箭随水面下降，看壶口处箭上的刻度就可以查看时间。

单只漏壶误差比较大，为了提高计时的精度，古人发明了多级漏刻。多级漏刻拥有多只漏壶，上下依次串联成一组，每只漏壶都依次向其下一只漏壶中滴水，这样一来，壶内的水位就会基本保持恒定，计时的精度大为提高，因此，漏刻又被称为水钟。

东汉以后，我国漏刻的日误差，大都在1分钟以内。

北京故宫博物院那里保存了公元1745年制造的铜壶漏刻。

与漏刻原理相似的还有以沙代水计量时间的沙漏。最著名的沙漏是1360年中国明代詹希元创制的“五轮沙漏”。它通过沙斗内的流沙流动驱动初轮，从而带动各级机械齿轮旋转。而显示方式又与现代时钟的表面结构极其相似。有意思的是，每到整点或一刻，便会有两个木人自行出来击鼓报告时刻。

机 械

时间飞速发展，到了现代，机械结构计时工具的出现，使得人类对计时的研究得到突破性的新发展。

16世纪，欧洲，意大利天文学家伽利略从教堂吊灯的摆动中受到启发，提出利用单摆制造钟表。后来荷兰物理学家惠更斯通过大量的理论研究与实践，应用伽利略的理论制造出了人类历史上的第一个钟摆。

1928年，第一座石英钟在传奇的贝尔实验室中诞生，沃伦·马里森利用了石英晶体在电路中能够产生频率稳定震动的特性设计制造。20世纪40年代的石英钟每天差约百分之几秒，到了50年代，石英钟一昼夜的误差只有万分之一秒左右。

我们手上戴的石英表和家里挂的石英钟都是石英钟的一种，但属于最低级的，因使用的石英片又小又薄，受温度变化影响，不是很准；但在短时间内非常准确，足以满足人们的日常需要，加上价格便宜，又不用像机械表那样每天上弦，因此很受欢迎。

原 子 钟

机械钟摆和石英晶振的计时精度，满足了人们日常生产生活的需要，但随着科技的飞速发展，在一些特定的科技领域，例如航天航空、测绘、导航、通信等领域，需要更稳定更准确的产品来提供精确的时间频率。于是，1949年世界上第一台原子钟诞生。

原子钟是一种计时装置，最初是物理学家创造出来用于探索宇宙的。平时我们用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，原子钟精度却可以达到每2000万年有1秒的误差，其精度之高可想而知。目前世界上最准确的计时工具就是原子钟。原子钟的基本原理是利用原子跃迁时释放电磁波，同一种原子的电磁波特征频率是一定的，因此可以作为一种节拍器来保持高度精确的时间。

著名的“北斗定位技术”，基本原理就是依靠精确计时：不同卫星的信号传到你的手机，信号发出的时间和你手机接收的时间，存在很小的时间差。测出这个差异，手机就能计算出你在地球上的准确位置。

盛年不再来，一日难再晨

及时当勉励，岁月不待人

计量工具只会计量时间

不会留住时间

只有在生命的漏刻里

把握好点滴的努力

才会收到成功的浮箭

世事变幻

唯有岁月不可辜负

作者简介：

赵润，硕士，北京某中心工程师，主要从事时间频率工作。

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来源| 我们的太空

作者 | 赵 润

编辑| 游宗泽

邮箱| ourspace0424@163.com

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