這是一篇欠了整整一年的文,大家又經歷了365白天與夜晚,或者說地球在軌道上完整的公轉一圈。


時間,依照維基百科的解釋: 是指宏觀一切具有不停止的持續性和不可逆性的物質狀態的各種變化過程,其有共同性質的連續事件的度量衡的總稱。


時間一分一秒過,跟實際應用有何關聯?1735年英人約翰哈里遜發明了經線儀(Chronometer),所謂經線儀就是一個較當時更準確的鐘錶,準確到要能跟當時的基準子午線的時間同步,讓船隻能帶著走,藉由與標準時間同步的經線儀能用來推算經度。


經線儀(圖片來源:骨狗搜尋)



以往天文觀測時,所謂正午(12:00)的概念就是太陽在當天最高點的時間(中天時間),如果我有個鐘錶能跟基準子午線的標準鐘同步,那我觀測所在地太陽的中天時間,經過複雜數學式的換算,就能得知我所在的經度。但是,實際應用上又牽涉到緯度觀測與是否準確所以我僅先將基本概念寫在下面


假設例1.如果我觀測到太陽的中天時間經線儀是顯示10:30,我所在地的的中天時間比基準子午線快1小時30分所以(15+7.5=22.5),那表示我所在的經度位置是在基準子午線以東22.5度上(東經)。因為地球自轉緣故,東方都會先見光(廢話!)


假設例2.如我所在地觀測到太陽的中天時間經線儀顯示是14:00(15+15=30),那表示2個小時前太陽已經通過基準子午線,所以我所在是在西經30度線上

1小時=15


1分鐘=15分


如果經線儀差了1分鐘,那距離就差了20-30km(實際距離依所在緯度而有不同),所以為何當年英國皇室會懸賞重金,要找出能精確定出經度的方法,因為這幾公里的誤差,足夠讓船給開"上山"了。準確的時計在電子時計充斥的現代,說起來不算什麼,但是在18世紀能準確到"秒"的時計,那可真是當時的高科技成就啊


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1851年英國的御用天文學家艾里 (Sir George Airy)在格林尼治天文台設置中星儀,並以此確定格林尼治子午線(本初子午線)。在1884年於美國華盛頓特區舉行的國際本初子午線大會上正式定之為經度的起點。基準子午線的標準時間也就稱之為格林尼治平均時間(Greenwich Mean TimeGMT)英國當時挾其船堅砲利、縱橫七海的政治影響力,就這麼將全世界的經度起始點給定在英國,並成為往後的世界標準。


↓格林尼治天文台的本初子午線(圖片來源:維基百科)



↓拿GPS定位器在本初子午線上實測




基本上,人類所用的時間可以下列為依據


1.      地球繞軸自轉所經的之時間間隔()


2.      地球公轉周期內之長期觀測()


3.      原子過渡


12乃為天文觀測時間,第3項方法為1967年第13屆國際計量大會把在海平面實現的原子時定義為在零磁場下,銫-133原子基態兩個超精細能級間躍遷輻射9,192,631,770周所持續的時間稱之為1秒。


國際原子時的準確度為每日數奈秒(ns10-9=十億分之一秒),而以天文觀測為基礎的世界時(Universal Time, UT)的準確度為每日數毫秒(10-3=千分之一秒)


以太陽橫穿格林尼治子午線時(也就是在格林尼治上空最高點時)為基準的世界時(UT),慢慢的變的不準確。由於地球在它的橢圓軌道裡的運動速度不均勻與地球自轉速度的緣故,所謂的標準時間變的越來越脫節。連帶的,就算是跟格林尼治時間同步的經線儀也會出現量測上的誤差,因為所謂的標準都不準確了,因為誤差達到了16分鐘


對於這種情況,一種稱為協調世界時的折衷時間標準於1972年面世。


為確保世界時(UT)與原子過渡的標準時相差不會超過0.9秒,在有需要的情況下會在協調世界時內加上正或負閏秒。因此協調世界時與國際原子時之間會出現若干整數秒的差別。位於巴黎的國際地球自轉事務中央局負責決定何時加入閏秒,成為現代國際上通用的標準時間,稱之為協調世界時,又稱世界標準時間「Coordinated Universal Time」簡稱UTC


以上,所謂的標準制定,都是屬於各大國間喬來喬去又協調的政治角力,跟本文所要講的實務技術上應用並沒啥太大關聯,就順便照書抄,也讓大家知道一下。


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時間進入20世紀,隨著科技進步,電子導航儀器漸次的出現,人們逐漸放棄了以天文時間來定位的方法原理則改用量測電波傳送的時間差來進行測距。假設我從已知位置的A點定時發射一個信號,我在B點收到信號,再由接收端比照該時間,必然會有出現時間差,因為電波行進仍需要時間。由於光的行進速度是已知的,電子儀器就會以電波行進時間來計算與發射源的距離,當我有了另一個B點或另一個C點不同方向發射源的距離,兩者相交就能得知我的位置。所以發射端與接收端兩造的時計越準確代表解算出來的距離越精確



自二次大戰期間所開發出來的羅遠與大戰後開發的德卡,奧米茄定位系統,以至於1960年代開發的衛星導航到現在的全球定位系統,大都運用量測電波的行進時間差作為運作的基礎原理。


人類量測與運用時間的方式,由天、時、秒、毫秒、微秒、奈秒真的是永無止境。話說,這只是概念而已,精確定位還牽連到許多的數學運算,再寫下去,各位看倌可能就值接點X了


↓光速前進1公尺需要3.3奈秒(ns),由時間差就能換算成距離,有了2個以上發射源的距離就能定出位置





↓羅遠接收機 LORAN




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