从太阳的升落到日晷和沙漏，再到机械钟、石英钟，时间的计量精准度，代表着每个时代科技的最高水平。随着社会的进步和发展，时间计量的精准度要求越来越高，如果一天的计时误差超过千分之一秒，那么通信网络、交通、金融系统、电网发电等等，都将会陷入混乱；如果一天的计时误差超过十万分之一秒，那么导航定位系统就无法实现准确定位。

一个准确而稳定的时间钟，是导航卫星的核心部件，它直接决定了导航定位的精度。对于导航定位而言，天地间时间越同步，误差越小，定位的精度就越高。若卫星存在十亿分之一秒的时间误差，则会产生0.3米的测距误差。

但若时间误差达到整整一秒，测距误差将达到三十万公里，导航卫星形同虚设。2016年，印度第一颗导航卫星里的三台计量时间的钟相继失效，导致印度导航系统无法正常运行。而欧洲的伽利略卫星导航系统，目前在轨运行的18颗卫星中，也曾一度出现时间钟故障，导致长达一周无法给用户提供导航服务。

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原子钟是什么？

原子钟是利用量子特性发明的时钟。这是一台身价不菲的铯原子钟，它既没有指针也没有齿轮，只有激光束、镜子和汽化的铯原子。它的任务是提供“秒”这个时间单位的准确计量，却不能直接显示钟点。在应用的时候，需要通过各种精密技术手段，转化成人们熟悉的时间信号。上个世纪30年代，美国物理学家伊西多·拉比最早提出原子钟的概念。

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原子钟什么样？

作为一个3500万年不差一秒的计时器。原子钟是什么样子的呢？原子钟长相也很多种，有各种各样的形状。比如有的銫原子钟，长得就像一个大桶，还有的小铯钟，像一个盒子。

现在原子钟都能应用在哪些领域呢？原子钟的应用很多，在通信、网络、远程医疗等领域都有应用。上个世纪90年代，我国的北斗卫星导航系统工程立项。而卫星导航技术的核心难点恰恰在于原子钟的研发。可在当时，掌握星载铷原子钟技术的国家只有美国和瑞士。经过十多年的追赶，2006年，我国第一台星载铷原子钟搭载实验验证成功。

2012年，在北斗二号后期发射的卫星里，我国自主研发生产的铷原子钟全面取代进口铷原子钟，精度达到每三百万年误差一秒。2016年，世界上第一台在太空进行科学实验的空间冷原子钟由中国科学家研制成功，并于当年9月随天宫二号空间实验室发射升空。这台冷原子钟在天上运行三年，精准度达到3000万年误差1秒。

2020年，新一代的北斗三号全球卫星导航系统正式开通。北斗三号卫星上采用了我国自主可控的更高稳定度、更精准的新型铷原子钟和氢原子钟，实现了卫星时频基准性能的大幅提高。时至今日，北斗三号全球卫星导航系统运行稳定，系统服务能力已步入世界一流行列。

我们现在已经有了3500万年差一秒的原子钟，未来，随着我们的技术提高，可能会更准。也许可以做到300亿年不差一秒，就是从宇宙诞生到现在，可以不差一秒。有了精准的时间，我们将实现更精确的定位。

（来源：“央视科教”微信公众号）

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本期编辑：北京科技报 廖迈伦 返回搜狐，查看更多