什么是世界时间?

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“世界时”是国际上通用的一种测量时间的方法,其定义是由国际计量局(BIPM)制定的[1],目前被广泛使用。 由于地球的自转是不均匀的(包括旋转速度的不均匀和方向的不确定性),因此不能将地球简单地视为一个圆球。为便于讨论,可考虑地球是由两极稍凸,且质量分布不均匀的扁球体组成。在此情况下,根据牛顿运动定律,可以证明在自转运动中离心力与向心力的关系如下: 当质量m分布在半径为r的圆柱上时,该圆柱绕着通过质心的轴旋转产生的向心力等于该圆柱受到的惯性力;同样,当质量m分布在半径为r的扁球体表面上时,此扁球体围绕通过质心的轴旋转所产生的向心力也等于该扁球体所受的惯性力。考虑到地球的质量分布是不均匀的,上述向心力公式应改为下式: 其中,k是比例常数,它与地球自转的不均匀性有关。对于两极稍凸的地球,有k=0.267,而中间突起部分k≈0.259。

由以上公式可知,要计算旋转物体的线加速度,只要测得此物体绕着一个轴的角动量(转动惯量)及其受到的向心力,便可求得a。当然,实际中不可能得到如此精确的数据,因此需要建立一套基准来测量这些参数。目前最可靠的标准是采用铯-铷原子钟,它以飞秒(1万亿亿分之一秒)为计时的基本单位。我国建成的北斗卫星导航定位系统,就是以铯-铷原子钟作为计量基础。

利用电子技术可以轻松实现对微小物理量的高精度测量,如用激光跟踪测量技术就可以直接测得k值的变化,进而算出角频率。 利用世界时,可以将任意两个时刻的间隔用数量值表示出来。在标准状态下,即地球自转规律为正弦信号并可在短时间内忽略其初相位的情况下,两者之间的时间差可用以下公式表示: 只要知道开始和终止时刻的世界时值,就可以通过数学运算得出任何想知的时刻的世界时值,进而求出其对应的本地时(北京时)值。

需要指出的是,如果两地本身所处的经度相差1°,则采用世界时作为两地通用的计时手段将会带来1.09s的错误!更为确切的是,采用世界时会将两地时间滞后于真实时间1.093624s,造成误差的主要原因是地球自转的加速。只有在经度相差很小的情况下,才可以保证世界时作为通用计时手段的可靠性。

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