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關(guān)于時間那些事 | 太空科普(113)

 棋子9527 2019-10-23

 今天是太空與您相伴的【第547期】

年度爆款電視劇

《長安十二時辰》

講述了唐天寶三載上元節(jié)前夕

長安城陷入危局

眾人在十二時辰內(nèi)拯救長安的故事

劇中“時間”至關(guān)重要

時間這一看不見的東西

在現(xiàn)實中是如何展現(xiàn)的呢

下面

小太為大家

科普一下

時間計量的古今演變

日出而作,日落而息

日月更替,斗轉(zhuǎn)星移,花開花落,人類數(shù)千年的文明在時間的長河中緩緩流淌,早在人類文明誕生之初,人類便開始通過對時間的計量來描述萬事萬物的變化。遠古時期,人們以太陽的東升西落作為時間尺度,因此便有“日出而作,日落而息”的人類生活。

圭    表

據(jù)記載,三千年前,西周丞相周公旦在河南登封縣設(shè)置過一種以測定日影長度來確定時間的儀器,稱為圭表。這當(dāng)為世界上最早的計時器。圭表直立于平地上測日影的標桿和石柱,叫做表 正南正北方向平放的測定表影長度的刻板,叫做。當(dāng)太陽照著表的時候,圭上出現(xiàn)了表的影子,根據(jù)影子的方向和長度,就能讀出時間。

圭表可以計時,還可以用來測定節(jié)令。夏至日行極北,正午時刻表影最短,冬至日行極南,正午時刻表影最長;春分和秋分太陽出沒于正東西,正午時刻圭表的倒影適中,進而確定春分、夏至、秋分、冬至四個節(jié)氣。

日    晷

日晷是利用日影測得時刻的一種計時儀器,其原理就是利用太陽的投影方向來測定并劃分時刻,通常由晷針(表)和晷面(帶刻度的表座)組成。古巴比倫在遠古時期的6000年前就開始使用了,我國是在3000多年前的周朝,民間開始使用日晷計時。晷盤以南高北低的方式置于石臺上,使晷針的上端指向北天極,晷面有12個格,每個格代表2個小時。

當(dāng)太陽光照在日晷上時,晷針的影子就會投向晷面,太陽由東向西移動,投向晷面的晷針影子也會慢慢地由西向東移動。于是,移動著的晷針影子好像是現(xiàn)代鐘表的指針一樣來顯示時刻。如今的“小時”概念,就是由晷面刻度演變而來,而鐘表表面的設(shè)計靈感正是借鑒了晷面的結(jié)構(gòu)。

北京故宮中保存著很多清朝石質(zhì)日晷,其功能不僅是為了授時,更是作為皇家禮器之一,陳列于宮殿之前。

清華園禮堂前大草坪南端的日晷,是清華大學(xué)重要的紀念物,鐫刻銘言:行勝于言。

漏    刻

雖然日晷和圭表計時簡單可靠,但他依賴日照,當(dāng)遇到陰天或者黑夜,就沒法計時了。陰天下雨怎么辦呢?古人的智慧不可小看,一種突破光照限制的計時工具應(yīng)運而生,他就是漏刻。

漏刻也叫箭漏,據(jù)記載,我國西周時候就已經(jīng)有了這個東西是帶孔的壺,是指有刻度的浮箭。水從壺的孔流出,壺中的箭隨水面下降,看壺口處箭上的刻度就可以查看時間。

單只漏壺誤差比較大,為了提高計時的精度,古人發(fā)明了多級漏刻。多級漏刻擁有多只漏壺,上下依次串聯(lián)成一組,每只漏壺都依次向其下一只漏壺中滴水,這樣一來,壺內(nèi)的水位就會基本保持恒定,計時的精度大為提高,因此,漏刻又被稱為水鐘。

東漢以后,我國漏刻的日誤差,大都在1分鐘以內(nèi)。

北京故宮博物院那里保存了公元1745年制造的銅壺漏刻。

與漏刻原理相似的還有以沙代水計量時間的沙漏。最著名的沙漏1360年中國明代詹希元創(chuàng)制的五輪沙漏。它通過沙斗內(nèi)的流沙流動驅(qū)動初輪,從而帶動各級機械齒輪旋轉(zhuǎn)。而顯示方式又與現(xiàn)代時鐘的表面結(jié)構(gòu)極其相似。有意思的是,每到整點或一刻,便會有兩個木人自行出來擊鼓報告時刻。

機    械

時間飛速發(fā)展,到了現(xiàn)代,機械結(jié)構(gòu)計時工具的出現(xiàn),使得人類對計時的研究得到突破性的新發(fā)展。

16世紀,歐洲,意大利天文學(xué)家伽利略從教堂吊燈的擺動中受到啟發(fā),提出利用單擺制造鐘表。后來荷蘭物理學(xué)家惠更斯通過大量的理論研究與實踐,應(yīng)用伽利略的理論制造出了人類歷史上的第一個鐘擺。

1928年,第一座石英鐘在傳奇的貝爾實驗室中誕生,沃倫·馬里森利用了石英晶體在電路中能夠產(chǎn)生頻率穩(wěn)定震動的特性設(shè)計制造。20世紀40年代的石英鐘每天差約百分之幾秒,到了50年代,石英鐘一晝夜的誤差只有萬分之一秒左右。

我們手上戴石英表家里掛的石英鐘都是石英鐘的一種,但屬于最低級的,因使用的石英片又小又薄,受溫度變化影響,不是很準;但在短時間內(nèi)非常準確,足以滿足人們的日常需要,加上價格便宜,又不用像機械表那樣每天上弦,因此很受歡迎。

原 子 鐘

機械鐘擺石英晶振的計時精度,滿足了人們?nèi)粘Ia(chǎn)生活的需要,但隨著科技的飛速發(fā)展,在一些特定的科技領(lǐng)域,例如航天航空、測繪、導(dǎo)航、通信等領(lǐng)域,需要更穩(wěn)定更準確的產(chǎn)品來提供精確的時間頻率。于是,1949年世界上第一臺原子鐘誕生。

原子鐘是一種計時裝置,最初是物理學(xué)家創(chuàng)造出來用于探索宇宙的。平時我們用的鐘表,精度高的大約每年會有1分鐘的誤差,原子鐘精度卻可以達到每2000萬年有1秒的誤差,其精度之高可想而知。目前世界上最準確的計時工具就是原子鐘。原子鐘的基本原理是利用原子躍遷時釋放電磁波,同一種原子的電磁波特征頻率是一定的,因此可以作為一種節(jié)拍器來保持高度精確的時間。

著名的北斗定位技術(shù),基本原理就是依靠精確計時:不同衛(wèi)星的信號傳到你的手機,信號發(fā)出的時間和你手機接收的時間,存在很小的時間差。測出這個差異,手機就能計算出你在地球上的準確位置。

盛年不再來,一日難再晨

及時當(dāng)勉勵,歲月不待人

計量工具只會計量時間

不會留住時間

只有在生命的漏刻里

把握好點滴的努力

才會收到成功的浮箭

世事變幻

唯有歲月不可辜負

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