Hans-Hellmuth Cuno
Historisches
Astronomie und Zeit sind von Anfang an untrennbar verwoben. War es
die Aufgabe der Astronomen, einen Kalender zu entwickeln, Finsternisse
und andere Ereignisse vorherzusagen, z.B. im alten Ägypten die Nilschwemme
vorherzusagen, so war bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts die Zeit an
die Drehung der Erde gekoppelt und die Astronomen hatten die Referenzzeit
zu liefern.
Die Uhren
Die Unterteilung des Tages in kleinere Abschnitte war Aufgabe der Uhren.
Sand- und Wasseruhren mochten den Ansprüchen im Altertum genügen,
es war hier die Astronomie, welche eine genauere Zeitunterteilung für
die Astrometrie gebrauchte. Die Pendeluhr war nach ihrer Erfindung über
mehr als 300 Jahre das Maß aller Dinge und wurde schrittweise zu
beachtlicher Genauigkeit entwickelt. Das Problem der Längenbestimmung
auf See war ein Problem der exakten Zeit. 1736 wurde Harrisons erster Chronometer
auf See erprobt und trat bald eine Siegeszug an.
Mit der Entwicklung der Elektronenröhre traten Quarzuhren auf
den Plan, welche die Genauigkeit um den Faktor 100 steigerten. Weitere
Stufen der Entwicklung waren die Atomuhren und Maser, welche heute Stand
der Technik sind.
Die Zeiten
Man hatte die Unregelmäßigkeiten der Erddrehung und des
Umlaufs der Erde um die Sonne Schritt für Schritt eliminiert, was
in der völlig gleichmäßig verstreichenden Ephemeridenzeit
gipfelte. Die Länge der Sekunde war an die Jahreslänge angebunden
und die Präzisionszeit wurde auf Grund von Beobachtungen im Nachhinein
festgelegt.
Im Jahre 1967 erfolgte eine einschneidende Änderung. In diesem
Jahre wurde nach langen, sorgfältigen Messungen und Untersuchungen
die Länge der Sekunde nicht mehr als Bruchteil der Jahreslänge
festgelegt, sondern über die Schwingfrequenz eines bestimmten Quantenübergangs
im Cäsiumatom.
Heute folgt die Zeit einem Verbund von 11 Cäsiumuhren, die als
Primärstandards dienen. Dies ist die TAI (Temps Atomique International)
als heutiges Maß aller Dinge. An diese wissenschaftliche Fundamentalzeit
ist die weltweite Standardzeit UTC (Universal Coordinated Time) angebunden.
UTC ist ein Kompromiß, der mittels Schaltsekunden mit der Erddrehung
und Bahnbewegung im Einklang gehalten wird. Die Differenz zwischen TAI
und UTC beträgt immer ein ganzzahliges Vielfaches von 1 Sekunde, im
Januar 2003 waren es 32 Sekunden.
Zum echten Problem ist der Austausch der exakten Zeit zwischen den
Primäruhren geworden. Dabei haben relativistische Effekte bereits
einen starken Einfluß. Hier wird heute das GPS verwendet, dessen
Satelliten Atomuhren an Bord haben und deren Position cm-genau bekannt
ist.
Begriffe
TAI Temps Atomique International. Fundamentalzeit aus weltweitem
Verbund von Atomuhren
UTC Universal Coordinated Time. Weltweite Standardzeit, wird
auf Drehung und Bahnbewegung der Erde synchronisiert
UT0 Mittlere Sonnenzeit. Zeitgleichung eliminiert
UT1 Zeit aus exakter Winkelstellung der Erddrehung
DT Dynamische Zeit. Setzt Ephemeridenzeit fort, die durch Beobachtung
der Bewegung von Erde, Mond und Planeten festgelegt wird
BIPM Bureau International des Poids et Mesures. Weltweiter Hüter
von Maßen, Gewichten und Zeit. Legt die fundamentalen SI-Einheiten
fest:
Masse, Zeit, Stromstärke, Temperatur, Stoffmenge und Lichtstärke
GPS Global Positioning System. Weltweites Navigationssystem,
hat eigene GPS-Zeit, die der UTC bei der Inbetriebnahme von GPS im Jahre
1980 entspricht (GPS-Zeit ~ TAI – 19 sec).
IERS International Earth Rotation Service. Verfolgt Erddrehung
Literatur:
David W. Allan et al. The Science of Timekeeping, Hewlett-Packard
Application Note 1289
Wenn die Tage länger werden Himmelsjahr 2003,
Monatsthema Februar, S. 69
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