在遠古時期，人們日出而作，日落而息。在太陽一次次的升起又降落、天氣變熱又變冷的輪回中，聰明的古人逐漸認識到節氣的變化規律，慢慢學會依據天象觀測規劃生產活動，人類初步有了時間 的概念，這種依據天體觀測獲得的時間即稱為天文時 。這期間圭表、日晷、漏刻、沙漏、水運渾天儀 等計時工具相繼出現，這些工具或是依據天體的變化規律來計時 、或是模擬天體的運行變化來計時 ，它們見證了歷史的變遷、歲月的流轉。
圖1 傅科擺
圖2 水運儀象臺
斗轉星移，隨著近代工業革命的發生，極大的推動了科技和生產力的發展，隨之而來的是對于時間精確度要求的不斷提高，特別是在第二次工業革命以后，量子力學、天體力學等學科的快速發展，推動了精密測量儀器—原子鐘的誕生。 1948年，英國制造出世界上第一臺原子鐘 ，它基于銫原子的振蕩周期 來計時，使得時間計量的精度大大提升。隨著原子鐘技術的不斷發展，在1967年10月印度新德里召開的第十三屆國際計量大會決議將銫-133原子零場基態兩個超精細能階之間躍遷9192631770個周期所持續的時間來定義秒 ，同時，確定將1958年1月1日0時0分0秒作為計時起點。至此，基于原子鐘的原子時 研究開始轉動命運的齒輪。
圖3 氫原子鐘
原子時是統籌原子鐘鐘組資源產生的一個相對連續、穩定、可靠、均勻的時間基準 ，原子時尺度降低了單臺原子鐘的不確定性，具有更高的頻率穩定度。原子時對于精密時間的保持具有重要的意義，是標準時間產生的基礎。
圖4 原子時和單臺鐘穩定度對比圖(實驗舉例)
20世紀60年代，美國國家標準與技術研究院NIST提出了一種動態實時原子時計算方法，即AT1原子時算法 。該方法考慮了最優穩定度、忽略測量的不確定度，采用加權平均思路、注重考慮原子鐘頻率的變化，實時性較強。 原國際時間局BIH在20世紀70年代提出ALGOS原子時算法 ，該方法是國際權度局BIPM計算國際原子時TAI的基礎。以上兩種原子時方法是最為經典的原子時計算方法，一直沿用至今。除此之外，在20世紀80年代出現基于Kalman(放棄權重的概念)模型的原子時研究，從20世紀90年代起陸續開始應用ARIMA 模型、最大似然估計模型、貝葉斯估計模型等產生原子時，近年來還有基于機器學習、深度學習發展起來的適用于原子鐘噪聲建模的原子時尺度計算方法，如ANN、CNN等方法。
圖5 原子時原理圖(引：袁海波.原子鐘噪聲數字化模擬與鐘速動態預測模型研究[D])
國際標準時間的歸算、地方標準時間的歸算都有原子時的身影。 國際原子時TAI，是國際權度局BIPM基于全球80多個守時實驗室400多臺(2024年度)不同類型原子鐘，以GNSS PPP(全球衛星導航系統精密單點定位時間傳遞)和TWSTFT(衛星雙向時間頻率傳遞)等遠距離時間頻率比對技術，基于遠程時間比對鏈路得到的全球各守時實驗室原子鐘與國際比對中心站的時差，運用ALGOS算法得到自由原子時EAL，隨后經過基準頻標校準得到國際原子時TAI，國際原子時TAI依據國際地球自傳服務組織IERS公布的世界時數據閏秒，最后得到國際標準時間—協調世界時UTC。 地方守時實驗室基于自身擁有的原子鐘組資源產生的原子時常作為地方標準時間保持的駕馭控制參考，地方原子時是地方保持獨立自主時間的基礎。
圖6 世界上主要時間頻率實驗室UTC(k)保持情況圖
時間是目前基本物理量中測量精度最高的物理量 ，在天文科學技術研究、發展與應用中具有基礎性作用，現代天文學往往依賴時間標度來測量、校準觀測數據，確保觀測結果的準確性、可靠性以及連續性。針對原子時的研究為高精度時間產生奠定基礎，是推動天文學發展的重要動力。未來的原子時研究將融入更多如光鐘、銫噴泉鐘等基準頻標，以進一步融合優勢、提升性能。
