科普|“北京时间”是北京的时间吗？
上下四方曰宇，古往今来曰宙。
请随我们进入“时间”的故事。
“北京时间”是我国官方统一的国家标准时间。
要了解什么是北京时间，我们需要首先了解世界时区的概念。
世界时区的划分
地球自转由西向东。以太阳过顶为本地时间的正午12点。东边比西边先看到太阳，东边的本地时间就比西边的早。地球经度按一圈360°划分，0°经线（本初子午线）为英国格林尼治天文台所在的子午圈。如图1所示，从0°经线开始，向东和向西各7.5°处画线，得到零时区；接下来继续向东和向西每15°画一条经线，这样就将地球划分成24等分，东西各12个时区。
图1. 世界时区图（图源：作者编制）
原则上，不同的地方可以依据所在时区，确定当地时间。但在实际标准时间确立中，各个国家依据自己需求，可采用多个时区时间（如美国、俄罗斯等），也可以采用一个统一的时间。
北京时间
我国幅员辽阔，从西到东横跨5个时区。历史上我们采用过多个时区时间作为国家通用时间。新中国成立后，国家规定采用统一的时间作为国家标准时间，即北京所在的东八时区时间作为我国标准时间，称为“北京时间”。
东八时区包括的范围从东经112.5°到东经127.5°，以东经120°为中心线。北京时间是东经120°的本地时间。北京位于东经116.4°，北京时间比北京的本地时间早14.4分钟。
那么，北京时间是如何产生的呢？这需要对时间标准有一个初步的概念。
世界时间标准
世界时（Universal Time, UT）是通过观测地球自转而确定的时间系统。其秒定义为太阳两次过顶时间除以86400。知道秒长之后，秒累加就形成了时刻。
原子时（Atomic Time, AT）是利用原子特性产生的稳定频率作为时间产生基础的系统。其秒通过统计频率数获得，秒累加形成时刻。
协调世界时（Coordinated Universal Time, UTC）是世界时和原子时结合的产物，由国际计量局（BIPM）发布。
协调世界时产生的原因主要包括：第一，地球自转并不稳定，世界时秒长会随着地球自转速度的变化而变化，这对诸多应用带来误差；第二，原子时只依赖相关设备产生，不符合人们的使用习惯。因此，将两者协调，以原子时秒长为标准时间计时的秒长，以世界时时刻作为标准时刻，从而形成了一个稳定、精准的世界标准时间系统。
北京时间的产生
当前，中国科学院是北京时间产生和发播的负责单位，具体任务由位于西安市临潼区的中国科学院国家授时中心执行。北京时间的产生过程如图2所示。
以原子钟输出信号为基础，以本地计算的原子时和向UTC溯源这两组数据为参考，综合计算出本地主钟输出信号的驾驭量，从而确保我国标准时间与国际UTC的偏差能够控制在一定范围内。
图2. 我国国家标准时间控制产生过程示意图（图源：作者提供）
中国科学院国家授时中心拥有我国规模最大的原子钟组。国家标准时间的精度逐年提高。图3给出了20多年来北京时间与UTC的偏差变化。可以看出，2016年10月份以来，国家标准时间与UTC的偏差一直保持在5纳秒（ns）以内（1ns=0.000,000,001s），使得北京时间的性能处于世界领先地位。
图3. 1998年以来北京时间保持情况（图源：作者提供）
北京时间的获取
在日常生活中，手机、电视、广播等是最直接的获取渠道，这些都是对时间需求精度较低的应用。对于精度要求更高的用户，则需要通过专业的设备直接或间接接收来自国家授时中心的国家标准时间。这些手段包括网络、短波、长波、卫星、光纤等。高精度时间对电子商务、智能电网、智能交通、4G与5G通信、卫星导航、航空航天等领域都有着非常重要的应用。
【作者简介】袁海波，中国科学院国家授时中心研究员，博士生导师。现主要从事时间保持技术、时间比对技术、导航系统时间等相关研究工作。