Lexikon

Zeit


Drei astronomische Vorgänge erlauben es, die Zeit zu messen und einzuteilen: die Erdrotation, der Umlauf des Mondes um die Erde und der Umlauf der Erde um die Sonne (Revolution). Es werden daher folgende Zeitmaßstäbe benutzt:

Tag: Ein mittlerer Sonnentag ist die Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Kulminationen der mittleren Sonne. Ein Sonnentag hat 24 Stunden. Jede Stunde hat 60 Minuten und jede Minute 60 Sekunden. Somit hat ein Sonnentag 86.400 Sekunden. Die ursprüngliche Definition der Sekunde erfolgte über den mittleren Sonnentag.

Monat: Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden gleichen Mondphasen, zum Beispiel von Neumond bis zum darauf folgenden Neumond. Diese Zeitspanne wird synodischer Monat genannt und entspricht 29 Tagen, zwölf Stunden, 44 Minuten und drei Sekunden. Dies ist die mittlere Länge eines synodischen Monats. Die jeweils aktuellen synodischen Monate weichen infolge von Störungen von diesem Mittelwert ab und sind etwas kürzer oder länger. Jahr: Das tropische Sonnenjahr ist die Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Durchgängen der mittleren Sonne durch den Frühlingspunkt. Die mittlere Länge des tropischen Jahres beträgt 365 Tage, fünf Stunden, 48 Minuten und 45 Sekunden.

Als Sonnenzeit wird der Stundenwinkel der Sonne angegeben, das ist ihre Entfernung vom Meridian gemessen in Richtung West im Zeitmaß (24 h = 360°, 1 h = 15°, 4 m = 1°,1 m = 15' und 1 s = 15"). Üblicherweise addiert man zum Stundenwinkel noch die Zahl zwölf. Steht die Sonne im Meridian, hat sie den Stundenwinkel 0 h und man sagt, es ist zwölf Uhr Mittag (wahrer Sonnenzeit). Eine Stunde später hat die Sonne den Stundenwinkel 1 h (sie steht dann 15° westlich des Meridians gemessen in der Ebene des Himmelsäquators). Es ist dann 12 + 1 = 13 Uhr. Im angelsächsischen Raum sagt man nach wie vor 1 p.m. (post meridiem).

Da aber die scheinbare Bewegung der Sonne als Spiegelbild der Erdwanderung um die Sonne im Laufe eines Jahres ungleichförmig ist und sich die Sonne auf der Ekliptik und nicht auf dem Himmelsäquator bewegt, wird für die Zeitrechnung eine fiktive mittlere Sonne eingeführt, die sich gleichförmig bewegt und zwar auf dem Himmelsäquator. Unsere Uhren zeigen somit mittlere Sonnenzeit an. Anders formuliert: Die mittlere Sonnenzeit ist definiert als der Stundenwinkel der mittleren Sonne plus zwölf. Die Differenz zwischen wahrer Sonnenzeit und mittlerer Sonnenzeit wird Zeitgleichung genannt.

Nach einer vollen Erdrotation, die in Bezug auf die Fixsterne in etwa 23 Stunden und 56 Minuten erfolgt (Sterntag, siderische Rotation), steht die Sonne aber noch nicht wieder im Meridian, da sie sich unter den Sternen um etwa 1° pro Tag nach Osten weiterbewegt. Diese scheinbare Wanderung der Sonne durch die Sternbilder des Tierkreises ist eine Folge des Erdumlaufs um die Sonne. Die Erde muss sich noch ein Stückchen weiterdrehen, bis die Sonne wieder im Meridian steht und ein Sonnentag vergangen ist (Sonnentag, synodische Rotation). Ein Sonnentag ist also länger als ein Sterntag.

Als Sternzeit wird der Stundenwinkel des Frühlingspunktes bezeichnet. Ein Sterntag ist um knapp vier Minuten kürzer als ein Sonnentag, er bezeichnet die Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Kulminationen des Frühlingspunktes. Steht der Frühlingspunkt im Meridian, so ist es 0 h Sternzeit. Die Sternzeit gibt die relative Stellung des Beobachters zum Fixsternhimmel an. Um 0 h Sternzeit zum Beispiel stehen die Sternbilder Fische und Widder in südlicher Richtung, bei 6 h Sternzeit Orion und Sirius im Großen Hund.

Da der Meridian vom Beobachtungsort abhängt, beziehen sich diese Zeitangaben stets auf den Ort des Beobachters. Man spricht in diesem Falle von Ortszeit. Somit gibt es eine mittlere Orts-Sonnenzeit (MOZ) und eine mittlere Orts-Sternzeit. Für einen Beobachter östlich des eigenen Standpunktes geht die Sonne früher auf, früher durch den Meridian und früher unter. Ein Beobachter westlich des eigenen Standortes hat die Sonne entsprechend später im Meridian, nämlich pro Grad um vier Minuten und pro 15° um eine Stunde. Es ist jedoch unzweckmäßig, wenn jeder Standort seine eigene Ortszeit verwendet. Deshalb hat man Ende des 19. Jahrhunderts in vielen Staaten Zonenzeiten eingeführt. Sie gelten jeweils für eine Zone von 15 Längengrad Breite. Die Zeitzone für die Westeuropäische Zeit entspricht der Weltzeit, der mittleren Sonnenzeit von Greenwich (Nullmeridian der Erde). Die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) bezieht sich auf den Ortsmeridian 15° östlich von Greenwich, der durch die Städte Görlitz und Gmünd in Niederösterreich geht. Die Mitteleuropäische Zeit geht somit gegenüber der Weltzeit (Abk. WZ oder UT = Universal Time) um eine Stunde vor. Die Osteuropäische Zeit geht um zwei Stunden gegenüber der Weltzeit vor: OEZ = Weltzeit plus zwei Stunden. Die Sommerzeit geht im Vergleich zur entsprechenden Zonenzeit jeweils um eine Stunde vor.

Mit zunehmender Verbesserung der Uhrentechnik und immer genauer gehenden Uhren wurde festgestellt, dass die Rotation der Erde nicht gleichförmig erfolgt, sondern sowohl kurzperiodischen Schwankungen unterliegt als auch im Laufe der Zeit abnimmt. Infolge der Gezeitenreibung nimmt die Tageslänge in rund 100.000 Jahren um etwa 1,6 Sekunden zu. Deshalb haben die Astronomen die Sekundendefinition von der Erdrotation abgekoppelt und die Ephemeridensekunde eingeführt, die aus der Erdrevolution abgeleitet ist.
Die Ephemeridensekunde ist definiert zu: 1 s = 1 / 31.556.925,9747 des tropischen Jahres 1900.0.
Man musste ein bestimmtes tropisches Jahr wählen, da durch die Variation der Erdbahnelemente auch die Länge des tropischen Jahres Schwankungen unterliegt. Aus der Ephemeridensekunde wird eine gleichförmig ablaufende Zeitskala gebildet. Diese Zeitskala wird Ephemeridenzeit genannt oder seit 1984 Dynamische Zeit (DT = Dynamical Time). Die Ableitung der Dynamischen Zeit erfolgt durch Gestirnsbeobachtungen.

Physikalisch wurde die Sekundendefinition nach atomphysikalischen Vorgängen festgelegt. Die Länge der SI-Sekunde entspricht somit der Dauer von 9.192.631.770 Schwingungen der Strahlung, die beim Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus (Energieniveaus des Grundzustandes) eines Cäsium 133-Atoms ausgesandt wird. Mit dieser physikalisch festgelegten Sekunde wird eine gleichförmige Zeitskala dargestellt, die man als Internationale Atomzeit bezeichnet (TAI = Temps Atomique International, frz.). Sie wird dargestellt durch das internationale Zusammenschalten von mehr als 200 Atomuhren. Die Atomzeitskala gilt seit 1972 als internationales Zeitmaß.

Die Atomzeitskala muss allerdings mit astronomischen Zeitbestimmungen in Einklang gebracht werden, da sich unser Leben nach Sonnentag und Sonnenjahr richtet. Die Dynamische Zeitskala, die erst im Nachhinein aus Gestirnsbeobachtungen verifiziert werden kann, wird dabei mit der Atomzeitskala abgeglichen. Treten zwischen der Erdrotation und der Dynamischen Zeitskala Differenzen auf, so besteht die Möglichkeit, zweimal pro Jahr, und zwar um Mitternacht Weltzeit am 31. Dezember und um Mitternacht Weltzeit am 30. Juni eine Schaltsekunde einzufügen oder gegebenenfalls auszulassen. Da viele Uhren heute funkgesteuert sind, muss diese Schaltsekunde nicht weiter berücksichtigt werden, das Einfügen der Sekunde geschieht vollautomatisch. Die Überwachung der Erdrotation erfolgt in internationaler Zusammenarbeit.

Die Differenz zwischen der Dynamischen Zeitskala und der Weltzeit ist infolge der säkularen Abnahme der Erdrotation inzwischen auf 65 Sekunden angewachsen. Bei Berechnungen von astronomischen Ereignissen, wie beispielsweise Finsterniskontaktzeiten, muss diese Differenz, die allgemein als "Delta-T" bezeichnet wird, berücksichtigt werden. Den für das jeweilige Jahr gültigen Delta-T-Wert findet man in astronomischen Jahrbüchern. Ganz grob kann man sich merken: Die Weltzeit (UT) hinkt inzwischen der Dynamischen Zeit (DT) um eine Minute nach. Auch Delta-T wird aus Beobachtungen bestimmt. Davon wird eine koordinierte Weltzeit (UTC) abgeleitet, die über Zeitzeichensender weltweit verbreitet wird.

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