世界上最准确的计时工具 - 原子钟的发展与应用

我们所用的时钟，精度如果有1分钟的误差，这对我们的日常生活可能没有多大影响。但是，对于时间精度要求很高的生产、科研单位来说，计时工具必须十分精准，不能有半点含糊，有时时间要准确到1/1000秒，甚至1/10⁶秒。于是，科学家不断探索，发明新的计时工具。

世界第一台铯原子钟

目前，世界上最准确的计时工具就是原子钟。世界上第一台原子钟于1949年诞生于美国。这座原子钟靠氨原子的振动控制显示时间的电子信号。

石英钟的振动频率比钟摆高数千倍，而铯原子的振动频率比石英还要高得多，误差也就小得多。举个例子，1955年，英国国家物理实验室制造的世界第一台铯原子钟精度达到了140万年偏差秒，而很多石英钟却每3年就偏差1秒。

1960年，第一座氢原子钟在美国哈佛大学建成。

2010年，巴西安装第一台氢原子钟，这台氢原子钟以氢原子频率为基准，可达到每1000万年快慢不超过1秒钟的误差。

氢原子钟被广泛用于射电天文观测、高精度时间计量、火箭和导弹的发射、核潜艇导航等领域。

很久以前，人们依据太阳来定义时间。现在，原子钟替代了太阳，成为确定时间的好帮手。原子钟不仅可以告诉人们更为准确的时间，还可以为卫星导航、金融交易等活动服务。(www.xing528.com)

2017年11月5日晚，北斗三号全球组网首发双星从西昌卫星发射中心顺利升空。该卫星的重要载荷——新一代高精铷原子钟也精彩亮相。

新一代铷原子钟的稳定程度高，相当于300万年只有1秒的误差。每天的频率稳定度让北斗区域导航系统提高了10倍，达到了世界先进水平。

空间冷原子钟

2018年8月，我国天宫二号空间实验室内搭载的世界首台空间冷原子钟完成了全部既定在轨测试任务，运行正常，成功验证了在空间环境下高性能冷原子钟的运行机制与特性，实现了约3000万年误差1秒的超高精度。此前，在太空中运行的原子钟都是热原子钟，精度最高对应300万年误差1秒。这是国际上首台在轨运行并开展科学实验的空间冷原子钟，也是目前在空间运行的最高精度原子钟。

冷原子钟利用激光使原子温度降至接近绝对零度，从而减少原子热运动影响，实现更高的精度。

原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间的。

原子由原子核和电子组成，电子围绕原子核高速旋转。电子在不同的旋转轨道具有不同的能量，这些能量称为能级。电子在不同的能级之间可以跃迁，释放电磁波。这种电磁波的频率叫作共振频率。同一种原子的同一种跃迁的共振频率是一定的，不受外界干扰，不同能级的跃迁将辐射出不同的电磁波，每种原子的所有跃迁发出来的电磁波按照频率排列出来，可以用作一种“节拍器”来获取高度精准的时间。