當你用手機掃碼支付，或者打開地圖導航時，你可能從未意識到，這些便利的背后，都在依賴一個龐大而精密的系統——時間同步網絡。

在這個系統中，最常被提及的是GPS。它不僅能告訴我們在哪兒，還能告訴我們現在幾點。依靠衛星上搭載的超高精度原子鐘，GPS能夠為全球提供納秒級的時間信號，理論上，它完全可以成為一個全球授時體系。

那么問題來了：既然GPS已經如此強大，為什么我國還要建設一套自己的授時系統呢？

GPS如何做到授時？

在很多人看來，全球定位系統（GPS）只是一個告訴你在哪里的導航工具。實際上，它的核心原理并不是看地圖，而是“測量時間”。

每一顆GPS衛星上都搭載著多臺高精度原子鐘，它們持續發射帶有時間戳的無線電信號。當你的手機或通信基站作為接收器同時接收到來自不同衛星的信號時，就能通過比較這些信號的到達時間差來自己的具體位置。這個原理被稱為到達時間差定位法。

但在計算你的位置之前，你的手機或導航設備必須先把自己的“表”和衛星的“原子鐘”對準。這是一個極其精細的過程——如果接收器的本地時鐘與衛星時間存在誤差，即便只差幾微秒，也會讓定位偏差達到上百米。為了消除這種偏差，GPS系統在導航的同時，也向地面設備提供了極為準確的時間基準。這一過程，就是所謂的GPS授時。

GPS衛星時間與國際標準時間并非完全相同，衛星上的時間信息通過信號廣播到全球，實現定位和授時雙重功能。實際上，現代通信、金融、電網、交通等系統中大量設備都安裝了GPS授時模塊，用以保持時鐘同步，從高速鐵路信號系統到證券交易服務器，GPS時間幾乎無處不在。

為何一定要建設自己的授時系統？

從純技術角度看，GPS授時確實非常強大。它實現了全球覆蓋，無論是在大洋深處還是高原荒漠，只要能接收到衛星信號，就能獲得統一的時間。其授時精度可達納秒級，足以滿足導航、通信、金融等領域的需求。同時，GPS信號對用戶免費開放、使用便捷，因此成為全球最廣泛使用的時間源。

然而，這種技術上的便利性背后，潛藏著戰略層面的風險。首先，GPS信號從超過兩萬公里的高空傳至地面，功率極弱，極易受到自然環境或人為故意的電磁干擾，甚至可能被惡意發射的欺騙信號所篡改，導致接收設備獲取錯誤時間。

更關鍵的是，GPS作為一個由美國獨立控制的系統，其服務的開啟、關閉、維護與精度調整的權限完全掌握在他人手中。對一個主權國家而言，過度依賴外部系統意味著一旦出現技術故障或政治風險，通信、電力、交通、金融等關鍵基礎設施都可能陷入被動。

那么，我國已經建成了自主的北斗衛星導航系統，是否就高枕無憂了呢？我國自主研發的北斗系統雖已實現完全自主可控，有效解決了“卡脖子”問題，但在實際應用中仍存在物理局限，比如在深山峽谷、地下空間、水下等復雜地形中，衛星信號容易受到遮擋，以及在強電磁干擾或網絡攻擊等極端環境下，其服務的連續性與可靠性仍面臨挑戰。

因此，為了構建萬無一失的時間安全保障，我國必須發展不依賴于太空的陸地授時手段，形成了“天地一體、多源備份”的授時體系。長波授時信號如地下堅固的時間高鐵，在復雜電磁環境下提供穩定授時服務；短波授時信號通過電離層反射實現廣域覆蓋，成為戰略備份，與衛星系統形成互補。目前，我國正在建設全球規模最大、性能最先進的高精度地基授時系統，通過光纖網絡，將時間同步精度推向皮秒級（萬億分之一秒），為前沿科技和未來產業提供更堅實的基礎支撐。

結語

當我們能夠便捷地獲取“北京時間”時，背后其實是一個龐大而精密的國家授時體系在默默運轉。GPS雖能提供授時服務，但其可靠性與安全性存在固有風險；北斗系統讓我們掌握了太空中的時間主動權，但國家仍需要堅實的地面支撐與多層備份。

時間，是現代社會不可或缺的隱形基石。它確保了通信網絡的同步、金融交易的安全、電力調度的穩定，以及科研實驗的精度。一次微秒級的誤差，足以導致衛星偏離軌道，或引發電網瞬間運行紊亂。

正因為如此，我國構設“天地一體、多源互補”的授時體系，不僅是一項重大的科技工程，更是維護國家安全與科技自立自強的戰略舉措。只有真正掌握了自己的時間，我們才能牢牢把握國家發展的節奏。

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出品：科普中國

作者：楊超（中國科普作家協會會員、博士）

監制：中國科普博覽