STEAM足迹：香港的時間守護者
【明報專訊】慶祝尖沙嘴鐘樓鳴鐘100周年，康文署利用數碼科技還原舊有銅鐘報時聲響，於2021年12月9日傍晚6時首度播放鐘聲。鐘樓內的銅鐘於1921年開始報時，後來因四面時鐘各自裝上摩打推動機件，以致出現計時不同步及鐘聲不一致，一度停用。現時利用部分英國和歐美教堂採用的數碼技術，將銅鐘鐘聲透過同香港天文台網絡時間同步的數碼鐘聲系統，摘取最標準時間報時。
【節錄自〈數碼系統播放 尖沙嘴鐘樓報時鐘聲再響〉，《明報》2021.12.10】
新聞提及，鐘樓因出現「計時不同步、鐘聲不一致」而停用，時間的一致在「時間科學」中是非常重要一環，為香港把好「時間」關口的是香港天文台，就讓香港天文台科學主任許大偉(David，圖)解說守護香港時間的要點吧！
時間的「一致」需要重視，David解釋：「時間一致在日常生活應用中非常重要，例如運輸、通訊、網上交易等，在時間科學裏，確保時間一致是最重要的事。」要令時間「一致」，需要有「標準時間」，大家根據標準時間調校手表、時鐘，便能達到「一致」。香港天文台是香港的官方授時機構，肩負了讓在香港生活的人有一致時間的責任，天文台的報時系統，是如何確保時間一致呢？
時間＝跳動頻率
尖沙嘴鐘樓設有四面鐘及銅鐘，於1921年開始報時，但真正計算時間的，是天文台內的擺鐘。當時天文台每小時透過電報發送報時信號到九龍總站的主時鐘，再經由車站鐘樓發布，方便旅客知道時間配合交通安排。擺鐘屬於機械鐘，需要齒輪推動鐘擺，鐘擺會以固定的節奏擺動，根據擺動周期來計算時間，時間其實是頻率。從前是計算擺動的頻率，現在則計算跳動的頻率。
銫原子鐘
跳動頻率，是指一種名「銫133」的化學元素在跳動。天文台在1980年代以銫原子鐘(圖e)代替擺鐘計算時間，並將原子鐘時間通過網絡時間伺服器傳送到尖沙嘴鐘樓。銫原子鐘計算時間比機械鐘更準確，它的原理就是利用銫原子跳動的頻率來定下時間的標準。
■知多點
銫原子鐘知多點
(1)一秒跳動多少次？
David說，銫133的跳動頻率穩定，而且精細頻密，當它跳動逾91億9000萬次，也剛好是1秒而已。更精準來說，在1967年的第13屆國際度量衡會議上採納了銫133的跳動頻率是一秒跳動9,192,631,770次。
(2)它會有誤差嗎？
要守護香港的時間，準確度很重要。銫原子鐘的表現不會讓人失望。David說：「一秒很快，它的誤差在每天0.01微秒之內，1微秒是指100萬分之一秒，而它每日的誤差比100萬分之一秒還要少。計算下來，即相當於27萬年才會有一秒的誤差。」可算得上準確無比呢！
(3)它可以永久使用嗎？
David說銫原子鐘一般約5至8年便需要更換。為了確保時間準確，銫原子鐘需要「觀察期」，David和同事會觀察新的銫原子鐘運作數個月，數據穩定才能正式投入服務呢！
(4)天文台有多少台銫原子鐘？
雖然看時間只要一台銫原子鐘便足夠，不過天文台同時肩負為全港授時的責任，萬一銫原子鐘意外不能運作，香港的時間怎麼辦？所以天文台設有兩台銫原子鐘，以備不時之需，David說：「(基於互補原則)它們不能同時購置，例如一台銫原子鐘今年更換了，便要隔兩三年才能更換另一台，這樣才可確保銫原子鐘的運作表現如常。」
全世界的時間
所謂的時間一致，除了本地，還需要與世界各地協調，才能有效與外地通訊、定下活動(例如看各地的直播節目時間等)，天文台會將銫原子鐘的時間數據，提供予總部設在法國的國際度量衡局，用來協調世界各地的時間，稱為「協調世界時」(UTC)。世界劃分成24個時區，可算出世界各地的時間，例如當UTC顯示為上午9時30分，香港時區是「UTC+8」，根據該顯示時間加8小時，即香港時間是下午5時30分，至於英國倫敦時區是「UTC+0」，即時間與UTC相同。
在日常生活中，例如我們要和在加拿大溫哥華的親友視訊，溫哥華時區是「UTC-8」，溫哥華比UTC慢8小時、香港(UTC+8)比UTC快8小時，8+8，得出兩地的時差是16小時，雙方便可在16小時時差中，找到合適的聯絡時間了。
■考考你
3名同學分別身處香港、英國倫敦、加拿大溫哥華，UTC顯示1月24日中午12時，三地同學在當地時間是？
(圖f)
對表！
我們可依天文台提供的網絡時間服務，來為電腦時鐘或其他裝置校對時間。
網址：shorturl.at/uCMT6
■想一想
在科學上，1秒的誤差已很多，這樣的時間概念給你什麼啟發呢？
■關鍵詞
銫 caesium
頻率 frequency
原子鐘 atomic clock
文：鄭惠霞
圖：受訪者提供、資料圖片
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[常識學堂 第233期]
