Früher - die Astronomische Zeitskala UT1

Wie lässt sich die genaue Länge einer Sekunde bestimmen?

Nun, man teilt einfach die über ein Jahr gemittelte Tageslänge durch 24 Stunden, dann durch 60 Minuten und noch durch 60 Sekunden. Damit haben wir die Länge einer einzelnen Sekunde. Genau diese Länge wurde im Jahr 1820 als Länge einer Sekunde standardmäßig festgelegt. Dieses Zeitmaß ist heute bekannt unter der Bezeichnung Astronomische Zeitskala UT1 (Universal Time 1 - universelle Zeit 1). Damals war allerdings noch nicht wirklich bekannt, dass die Erdrotation nicht gleichmäßig verläuft.

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Heute - Internationale Atomzeit TAI

Vollzieht man die gleiche Rechnung heute erneut (also Tageslänge/24h/60Minuten/60Sekunden), kommt man auf eine abweichende Länge der Sekunde im Vergleich zu der von 1820. Der Grund dafür ist die Erdrotation, die sich seit 1820 verlangsamt hat. Unsere heutigen Sekunden sind also ein klein wenig länger als die Sekunden aus dem 18. und 19. Jahrhundert, die den Maßstab der UT1 bilden.

Im 20. Jahrhundert entschloss man sich, eine von der Erdrotation unabhängige Maßzahl zu suchen, an der sich die Zeit ausrichten lässt. Man einigte sich 1968 auf die Atomzeit (genauer: Internationale Atomzeit TAI). Über 50 Zeitinstitute weltweit sind daran mit ca. 250 Atomuhren beteiligt. Für Deutschland wird die nationale Atomzeit (TA) durch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig und Berlin ermittelt.

Das klingt unheimlich kompliziert, und im Alltag kann damit niemand etwas anfangen, aber für wissenschaftliche und technische Zwecke ist eine solche Festlegung unerlässlich.

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Ausgleich zwischen den Zeitsystemen - die Koordinierte Weltzeit UTC

Da die beiden bislang vorgestellten Zeitsysteme unterschiedliche Längen für eine Sekunde definieren, kommt es zu Zeitunterschieden. Die minimale Abweichung summiert sich innerhalb eines Jahres auf ca. 0,75 Sekunden. Durch das Einfügen einer Schaltsekunde können beide Systeme einander angeglichen werden.

Wann eine Schaltsekunde notwendig wird, ergibt sich nicht aus einer festen Schaltregel, sondern aus aktuellen Gegebenheiten. Dazu werden verschiedene Beobachtungen zusammengetragen und ausgewertet. Dies betrifft z.B. Beobachtungen der Erdrotation und der von der Erdrotation unabhängigen Satelliten, die uns das GPS-Signal liefern.

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Schaltsekunde - wie und wann?

Die erste Schaltsekunde wurde am 30. Juni 1972 eingefügt, die nächste schon am 31. Dezember des gleichen Jahres. Da sich damals zwischen astronomischer Zeit und Atomzeit bereits ein Unterschied von 10 Sekunden angesammelt hatte, wurde auch in den darauf folgenden Jahren jeweils eine Schaltsekunde eingefügt.

Danach gab es in unregelmäßiger Abfolge weitere Einfügungen. Bemerkenswert ist hier der Zeitraum zwischen 1999 und 2004, in dem keine einzige Schaltsekunde nötig war. In diesen Jahren rotierte die Erde geringfügig schneller als zuvor. Nun ist sie wieder langsamer geworden. Die letzte Einfügung einer Schaltsekunde erfolgte am 30. Juni 2012.

Sommerzeit - eine Stunde Zeitumstellung

Am letzten Märzwochenende eines jeden Jahres stellen wir die Uhren um eine Stunde vor - die Sommerzeit beginnt. Der Tag der Zeitumstellung ist um eine Stunde kürzer als gewöhnlich, da wir (theoretisch) um 2 Uhr am Sonntag die Zeiger der Uhr auf 3 Uhr vordrehen (natürlich kann man die Uhr auch noch im Laufe des Sonntags um eine Stunde vorstellen).

Dafür bleibt es dann abends eine Stunde länger hell. Natürlich bleibt es gleichzeitig morgens eine Stunde länger dunkel. Da aber die Sonne im Frühling täglich ein klein weinig früher aufgeht, gleicht sich das rasch wieder aus.

Diese Zeitumstellung ist astronomisch gesehen nicht notwendig und eine Erfindung der Neuzeit. Die Idee dahinter ist die, das Tageslicht länger nutzen zu können. Wenn es abends noch hell ist, muss das Licht nicht eingeschaltet werden - so sparen wir Energie und sind auch körperlich länger aktiv, da man noch draußen im Garten arbeiten oder auf der Terasse den Tag ausklingen lassen kann.

Im Winter bringt uns die Zeitumstellung nichts, da es morgens noch dunkel ist, wenn wir aus dem Haus gehen, und am Nachmittag wird es frühzeitig dunkel. Beginn und Ende der natürlichen Beleuchtung durch die Sonne befinden sich mitten in der Zeit menschlicher Aktivitäten, eine Verschiebung der Uhrzeit hätte keinen Effekt. Also stellen wir die Uhr am letzten Oktoberwochenende wieder zurück auf Normalzeit.

Jetzt bekommen wir die eine Stunde wieder, die uns im Frühjahr genommen wurde. Die Prozedur ist die Gleiche wie im Frühjahr, nur umgekehrt - am Sonntag um 3 Uhr werden die Uhrzeiger auf 2 Uhr zurückgedreht. Die Stunde von 2 bis 3 findet also ein zweites Mal statt.

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Wer macht mit bei der Sommerzeit?

Ganz hoch im Norden und ganz tief im Süden

In nördlichen Breiten wie z.B. in Nordeuropa sinkt die Sonne im Sommer nur für kurze Zeit unter den Horizont. Ab dem Polarkreis geht sie gar für einige Tage bis Wochen überhaupt nicht unter. Hier herrscht der Polartag. Es ist praktisch rund um die Uhr hell, nur um Mitternacht herum wird es etwas dämmrig, aber nicht richtig dunkel. Eine Verschiebung der Uhrzeit hätte hier keine energiesparende Wirkung. Auf eine Umstellung auf Sommerzeit kann verzichtet werden.

Das Gleiche gilt natürlich auch für die südlichsten Regionen der Erde, nur dass dort alles umgekehrt abläuft. Ist am Nordpol Polartag, herrscht am Südpol Polarnacht und umgekehrt.

In der Mitte - am Äquator

In Äquatornähe wiederum haben wir den Fall, dass die Zeiten der Sonnenauf- und Untergänge über das gesamte Jahr hinweg nur geringfügig schwanken. Es gibt keine nennenswerten Unterschiede der Beleuchtungszeit zwischen Sommer und Winter. Die Sonne geht das ganze Jahr über ungefähr zur gleichen Uhrzeit auf und zur gleichen Uhrzeit unter. Also ist auch hier eine Umstellung auf Sommerzeit wenig sinnvoll.

Die mittleren Breiten zwischen Pol und Äquator

Die meisten Länder, die an der Umstellung auf Sommerzeit teilnehmen, liegen in den mittleren Breiten. Dazu gehören alle Mitgliedstaaten der Europäischen Union und des europäischen Wirtschaftsraumes (außer Island). Dann nehmen noch folgende Staaten an der Zeitumstellung teil:
Albanien, Andorra, Armenien, Aserbaidschan, Weißrussland, Bosnien und Herzegowina, Kosovo, Kroatien, Libanon, Liechtenstein, Marokko, Mazedonien, Moldawien, Monaco, Montenegro, Russland, San Marino, Schweiz, Serbien, Tunesien, Türkei, Ukraine und Vatikanstadt.

Ebenfalls eine Sommerzeit, nur in einem anderen Zeitraum, gibt es in: Afghanistan, Ägypten, Argentinien, Australien, Bahamas, Bermuda, Brasilien, Chile, Iran, Israel, Kanada, Mexiko, Mongolei, Namibia, Neuseeland, Pakistan, Palästinensische Autonomiegebiete, Paraguay, Syrien Uruguay und den USA.

Auf der Südhalbkugel der Erde wird die Uhrzeit zum Teil auch umgestellt, nur eben gegenteilig zu Europa. Der Sommer der Nordhalbkugel ist zeitgleich der Winter der Südhalbkugel und umgekehrt. In Namibia zum Beispiel stellt man auf Sommerzeit um, wenn in Europa der Winter vor der Tür steht. In Namibia ist dann gerade Frühling. Eine weltweit einheitliche Bezeichnung der Sommerzeit könnte der englische Ausdruck "Daylight Saving Time" sein, was übersetzt soviel wie "Tageslicht aufsparende Zeit" heißt.

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Geschichtliches zur Sommerzeit

Eingeführt wurde die Sommerzeit erstmals 1916 in Deutschland und Österreich und auch in Irland. Der Grund war die Aussicht auf eine Energieeinsparung, weil man die zusätzliche Stunde Tageslicht am Abend ohne elektrisches Licht, Petroleum oder Gas nutzen konnte. 3 Jahre lang hielt man sich daran, dann wurde die Sommerzeit wieder abgeschafft.

Zwischen 1919 und 1939 gab es keine Zeitumstellung, doch 1940 startete man einen neuen Versuch. Allerdings mit dem großen Unterschied, dass die Uhr im Herbst nicht wieder zurückgestellt wurde. So kam es, dass von April 1940 bis November 1942 durchgehend die Sommerzeit galt. In den darauf folgenden Jahren wurde dann doch wieder im März oder April die Uhr vorgestellt und im Oktober zurückgedreht. Das endete dann 1949. Zwischen 1950 und 1979 gab es in Deutschland keine Sommerzeit.

1980 wurde die Sommerzeit wieder eingeführt und galt einheitlich für BRD, DDR und Österreich von März bis September. Seit 1996 gilt die Sommerzeit einheitlich für ganz Europa vom letzten Märzwochenende bis zum letzten Oktoberwochenende.

Die Sommerzeit wurde ursprünglich eingeführt, weil man sich durch die geschicktere Ausnutzung des Tageslichts eine Senkung des Energieverbrauchs erhoffte. Ob dieses Ziel wirklich erreicht wird, ist heftig umstritten. Und auch weiterhin wird fleißig über den Sinn und Unsinn der Sommerzeit debattiert werden. Dann kommt noch hinzu, dass die Umstellung der Uhrzeit unabhängig von einer eventuellen Energieeinsparung etliche Probleme mit sich bringt, die jeder von uns schon einmal selbst verspürt hat. Im Folgenden dazu mehr.

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Auswirkungen der Sommerzeit

• Jeder muss zweimal im Jahr zahlreiche Zeitgeber umstellen. Die Gefahr, einige zu vergessen ist groß, zumal immer mehr technische Geräte wie DVD-Player, Heizungsanlagen, Autos, Telefone und dergleichen zunehmend eigene Uhren enthalten.
• Manche öffentliche Uhren werden nicht rechtzeitig umgestellt und zeigen noch einige Tage lang die falsche Uhrzeit an. Einige werden sogar überhaupt nicht umgestellt.
• Züge kommen im Frühjahr rein rechnerisch um eine Stunde zu spät. Im Herbst dagegen müssen sie eine Stunde lang irgendwo herumstehen, um die überzählige Stunde abzubummeln.
• Der menschliche Organismus muss sich an die veränderten Zeiten (Weckzeiten, Mahlzeiten usw.) erst anpassen. Der Körper braucht einige Tage bis Wochen, bis er sich daran gewöhnt hat. Im Frühjahr muss man nach der Zeitumstellung eine Stunde eher aufstehen als gewohnt, um pünktlich zur Schule oder zur Arbeit zu kommen. Das kann zu Schlafstörungen und verstärkter Müdigkeit und auch Reizbarkeit führen.

Die Erde ist ja bekanntlich eine Kugel, die von der Sonne beschienen wird. Nun kann die Sonne nicht überall gleichzeitig sein. Taucht sie eine Seite der Erdkugel in gleißendes Licht, liegt die gegenüberliegende Seite im Schatten, es ist Nacht. Da sich aber zugleich die Erde auch um sich selbst dreht, ist es an einem Ort nicht immer hell oder dunkel.

Die Erde wendet der Sonne mal die eine und mal die andere Seite zu. Wobei es gar keine richtigen 'Seiten' gibt, denn unser Planet ist ja rund. Der Übergang von Tag zu Nacht vollzieht sich also fließend.

Jeder Ort hat seine eigene Zeit, seinen eigenen Zeitpunkt des Sonnenauf- oder -untergangs und der Mittagszeit. Während beispielsweise in Japan die Sonne die Menschen wachkitzelt, weil sie gerade aufgegangen ist, können wir uns in Europa noch ein paarmal gemütlich im Bett herumdrehen und weiterschlafen.

Eine Ortszeit lässt sich ermitteln, wenn man den Lauf der Sonne verfolgt. Einmal am Tag erreicht sie genau im Süden ihren Höchststand am Himmel. Dann haben wir genau die Mitte eines Tages erreicht, es ist Mittag. In einem Ort weiter westlich gelegen wird es erst einige Zeit später Mittag, da sich hier die Erde noch nicht so weit zur Sonne hingedreht hat.

Dabei gilt, dass alle Orte, die auf dem gleichen Längengrad liegen, die gleiche Mittagszeit haben. Bewegt man sich also genau nach Norden oder nach Süden, muss die Uhr nicht verstellt werden. Fährt oder fliegt man aber entlang eines Breitengrades Richtung Westen oder Osten und wechselt dabei den Längengrad, erlebt man einen Zeitunterschied.

Die Zeitzonen sind eingerichtet worden, damit man nicht jedesmal, wenn man eine andere Stadt besucht, seine Uhr umstellen muss. Innerhalb einer Zeitzone gilt in allen Orten die gleiche Uhrzeit, auch wenn das bedeutet, dass die Sonne mittags um 12 Uhr entweder noch nicht ihren Höchststand erreicht hat oder schon darüber hinaus ist.

Weg mit der Zeitzone!

Jedem Ort seine eigene Zeit! Finde hier die Wahre Ortszeit für deinen Heimatort heraus!

Die nach dem Sonnenstand richtige Uhrzeit heißt Wahre Ortszeit. Wie du für deine Heimatstadt die Wahre Ortszeit herausbekommst erfährst du auf der passenden Mach-mit-Seite. Die Uhrzeit aber, nach der du lebst, ist die Uhrzeit deiner Zeitzone.

Ein Klick auf einen der Button für die Jahreszeiten in der Animation lässt die Sonne auf- und untergehen. Zu sehen ist der Weg der Sonne über den Himmel, wobei sie um 12 Uhr der Wahren Ortszeit ihren höchsten Stand einnimmt. Der Ort ist dabei völlig beliebig. Die 12-Uhr-Mittags-Marke der Zeitzonenzeit dagegen kann um einiges von der Wahren Ortszeit abweichen. Deshalb nimmt die Sonne nach der Uhrzeit, die unsere Uhr anzeigt, nicht unbedingt genau um 12 Uhr ihren höchsten Stand am Himmel ein.

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Die Zeitzonen Mitteleuropas

Wir in Mitteleuropa leben in der Mitteleuropäischen Zeitzone, abgekürzt MEZ. Sie weicht von der Weltzeit um eine Stunde ab (UTC+1). Die Abkürzung MESZ, die man auch häufig verwendet, bedeutet Mitteleuropäische SommerZeit. Sie gilt, wenn wir im Sommerhalbjahr unsere Uhren um eine Stunde vorstellen. Eigentlich beginnt alle 15 Grad geographischer Länge eine neue Zeitzone. Damit aber keine Länder durchschnitten werden, weicht die Einteilung in Zeitzonen von den Längengradlinien ab und richtet sich überwiegend nach den Ländergrenzen.

Die europäischen Staaten haben sich fast alle auf die gleiche Zeit geeinigt, nur Großbritannien, Irland und Portugal sind uns im Westen um eine Stunde hinterher (sie leben nach der Greenwichzeit). Finnland und zahlreiche osteuropäische Staaten sind uns um eine Stunde voraus (sie leben nach der osteuropäischen Zeit). Nach unserer mitteleuropäischen Zeit richten sich aber auch einige Staaten in Afrika, z.B. Tunesien, Angola und die Zentralafrikanische Republik.

Die gemeinsame Zeitzone bewirkt, dass Städte wie Warschau (Polen) und Madrid (Spanien) nach der gleichen Uhrzeit leben, obwohl sie mehr als 15 Längengrade voneinander entfernt sind. Das führt dazu, dass die Sonne in Warschau ihren Höchststand bereits um 11.30 Uhr erreicht, in Madrid dagegen erst um kurz vor 13 Uhr.

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Weltzeit

Die Zeiten haben sich gewandelt, heutzutage sitzen viele Menschen überall auf der Welt an ihrem Computer und gehen zur gleichen Zeit ins Internet, ohne dabei aber ihren Aufenthaltsort zu verändern. Wessen Uhrzeit gilt nun hier? Man trifft sich im Internet, doch wie kann man sich da zu einem bestimmten Zeitpunkt verabreden?

Dafür gibt es die Weltzeit. Sie richtet sich nach der Zeit am Nullmeridian, und der verläuft durch Greenwich in Großbritannien. Die Weltzeit gibt es aber schon etwas länger als das Internet, sie wurde 1884 als Greenwich Mean Time eingeführt. Heute sagen wir 'Koordinierte Weltzeit' dazu, abgekürzt UTC.

Die Weltzeit gilt übrigens auch in der Internationalen Raumstation. Sie umkreist die Erde innerhalb von nur eineinhalb Stunden und wechselt dabei mit atemberaubender Geschwindigkeit die Zeitzonen.

Würden sich die Astronauten nach der Uhrzeit richten, die in dem Landstrich gilt, den sie gerade überfliegen, wären sie nur noch mit dem Drehen der Uhrzeiger beschäftigt und könnten nicht mehr ihrer eigentlichen Arbeit nachgehen.

Außerdem müssen sie sich mit der Bodenstation abstimmen, um verschiedene Aktionen gemeinsam planen und durchführen zu können wie z.B. Weltraumausflüge oder das Andocken eines Versorgungsschiffes. Raumstation und Bodenstation stimmen ihre Uhren aufeinander ab und richten sich beide nach der Weltzeit.

Die Zeitzonen der Erde

Eine interaktive Weltkarte mit Zeitzonen gibt es bei timeanddate.com.

Die Erde ist rundum in 24 Zeitzonen eingeteilt. 15 Grad geographischer Länge entsprechen dabei einem Zeitunterschied von einer Stunde. Allerdings ist es dann doch etwas komplizierter. Denn die Einteilung in Zeitzonen richtet sich vor allem nach Ländergrenzen, damit die Menschen eines Staates möglichst alle nach der gleichen Uhrzeit leben können. Bei sehr großen Staaten wie Russland, den USA und Kananda ging das natürlich nicht. Diese Länder liegen in mehreren Zeitzonen. Russland ist dabei der Rekordhalter mit 11 Zeitzonen!

Geschichtliches

In früheren Zeiten lebten die Menschen nach der Ortszeit. Die meisten von ihnen verließen so gut wie nie ihren Heimatort, und so war es nicht weiter schlimm, dass jede Stadt ihre eigene Uhrzeit hatte. Bestenfalls richteten sich umliegende Dörfer noch nach der Lokalzeit in der nächstgrößeren Stadt.

Der zunehmend aufkommende Eisenbahnverkehr im 19. Jahrhundert brachte es mit sich, dass plötzlich mehr Menschen als früher größere Strecken zurücklegten. Dabei wurden die Zeitunterschiede zwischen den Städten bemerkbar. Selbst wenn es sich nur um wenige Minuten handelte, musste doch in jeder größeren Stadt die Uhr neu gestellt werden. Als dann Zugfahrpläne aufgestellt werden sollten, war das Chaos perfekt, denn auch jeder Bahnhof richtete sich nach seiner eigenen Zeit.

Also führte man zwischen 1840 und 1860 in den europäischen Ländern einheitliche Zeitzonen ein. Nun konnten auch länderübergreifende Zugfahrpläne erstellt werden. Im Jahr 1884 wird dann die gesamte Erde in 24 Stundenzonen mit jeweils 15 Grad Längenabstand eingeteilt. Der Längengrad, der durch Greenwich verläuft, wurde zum Nullmeridian erklärt.

Warum ausgerechet durch Greenwich? Hier befand sich die Königliche Sternwarte, deren Leiter Nevil Maskelyne den englischen Seefahrern Tabellen für Koordinaten und Ephemeriden mit auf die Reise gab. Die Daten darin bezogen sich alle auf den Standort der Sternwarte. Da England damals noch eine große Seefahrernation war, waren solche Tabellenwerke für die Orientierung auf See äußerst wichtig, und jedes der vielen englischen Schiffe hatte sie an Bord und nahm sie mit hinaus in die Welt. So prägte sich Greenwich als Ausgangspunkt aller Berechnungen der Koordinaten auf See ein.

Als der Seefahrer Magellan von 1519 bis 1522 die erste Weltumsegelung schaffte und wieder daheim ankam, stimmte sein Datum nicht mehr mit dem offiziellen Datum überein. Er war sich ganz sicher, auf der langen Schiffsreise die Tage sehr sorgfältig gezählt zu haben.

Schließlich führte er ja ein Schiffstagebuch und zeichnete darin für jeden Tag die Ereignisse und die aktuellen Koordinaten auf. Trotzdem schien ein Fehler darin zu stecken. Man übergab dieses Rätsel Nikolaus Kopernikus, und er konnte es lösen:

Die Seefahrer waren die ganze Zeit nach Osten gefahren, immer der Sonne beim Aufgang entgegen. Jeden Tag kamen sie also an einen Ort, an dem es eher Mittag war als am vergangenen Tag. Auf einer langen Reise, die nahezu immer in die gleiche Richtung verläuft, summiert sich das auf, und unmerklich erreicht man irgendwann einen Punkt, an dem man die Sonne um einen Tag 'überholt' hat.

Seefahrer müssen also, wenn sie weite Reisen in die immer gleiche Richtung unternehmen, einen Tag hinzunehmen oder wegstreichen, damit sie wieder mit den Daheimgebliebenen übereinstimmen.

Die Datumsgrenze liegt auf dem 180sten Längengrad. Sie verläuft nahezu komplett durch das Wasser des Pazifischen Ozeans.

Erst 1845 wird eine Datumsgrenze festgelegt. Sie verläuft genau gegenüber des Nullmeridians auf dem 180. Längengrad zwischen den Kontinenten Asien und Amerika hindurch. Der längste Weg der Datumsgrenze verläuft im Wasser, nur ganz im Norden kreuzt sie den äußersten Zipfel von Asien.

Damit dort benachbarte Dörfer keine unterschiedlichen Kalender benutzen müssen, schlägt die Datumsgrenze einen Haken (siehe Weltkarte!), sodass der asiatische Kontinent nicht durchschnitten wird.