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Eine Extra-Sekunde zum neuen Jahr

08.12.2016

In der ersten Stunde des neuen Jahres 2017 fügt die Physikalisch-Technische Bundesanstalt eine Schaltsekunde in ihre Zeitsignale ein.

Nur eineinhalb Jahre nach der letzten Schaltsekunde ist es wieder soweit: In der Nacht zum 1. Januar 2017 wird es eine Extra-Sekunde geben. Diese wird in die koordinierte Weltzeit UTC und unsere gesetzliche Zeit eingefügt.


36 Sekunden Zeitunterschied: links (TAI) ohne Schaltsekunden und rechts (MEZ) mit Berücksichtigung der Schaltsekunden

PTB

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) folgt der Vorgabe des Internationalen Erd-Rotations-Service (IERS) in Paris und fügt die Schaltsekunde in die Signale ihrer Zeitdienste ein: in die DCF77-Zeitaussendung für Funkuhren, den Telefonzeitdienst und den Internetzeitdienst über NTP. Nötig ist diese Maßnahme, weil die Atomuhren gleichmäßiger „ticken“, als sich die Erde dreht.

Solange Menschen Uhren bauen, suchen sie nach möglichst stabilen, periodischen Vorgängen als Taktgeber: Schwingungen von Pendeln, in Quarzkristallen und schließlich in Atomen. Seit 1967 ist die Dauer einer Sekunde definiert über exakt 9 192 631 770 Schwingungen eines Mikrowellensignals, welches Cäsiumatome in einer Atomuhr anregt. Hinter der Festlegung dieses Zahlenwerts steckt immer noch die Dauer des mittleren Sonnentages, also die Rotationsperiode der Erde, des klassischen Taktgebers unseres Lebens

Aus astronomischen Beobachtungen weiß man schon seit Langem, dass die Erde leicht ungleichmäßig rotiert und ganz allmählich langsamer wird. Die Reibung der Gezeiten sorgt für ein stetiges Abbremsen der Erde. Die Lage der Rotationsachse im Erdkörper verändert sich – und zusätzlich können Erdbeben, das Schmelzen der Gletscher und die Massenverteilung in der Atmosphäre im Lauf der Jahreszeiten die Drehgeschwindigkeit der Erde verändern.

Atomuhren dagegen laufen mit hoher Präzision gleichförmig, und eine reine Atomzeitskala würde im Lauf der Zeit immer mehr von einer aus der Erdrotation abgeleiteten Zeitskala abweichen. Bereits im Jahr 1972 hinkte die aus der Drehung der Erde abgeleitete Weltzeit der Atomzeit aus den Cäsium-Uhren um 10 Sekunden hinterher.

Bis dahin hatte man Anpassungen in kleinen Schritten und zudem nicht weltweit auf die gleiche Weise vorgenommen. Dann entschloss man sich, fortan eine Atomzeitskala mit Schaltsekunden als weltweite Referenzzeit zu verwenden. Die Uhrzeit wird so näherungsweise im Einklang mit der Erdrotation, also der Weltzeit, gehalten, immer innerhalb von 0,9 Sekunden. Seitdem machen Schaltsekunden aus der Atomzeit die „koordinierte Weltzeit“ UTC.

Wie unregelmäßig schnell sich die Erde dreht, sieht man daran, dass z. B. zwischen 1999 und 2006 sieben Jahre vergingen, bevor eine zusätzliche Schaltsekunde nötig wurde. Aktuell sind es nur eineinhalb Jahre. Die aktuelle Tageslänge wird aus der Winkelstellung der Erde im Raum ermittelt: mit Bezug auf Quasare mithilfe von Radioteleskopen und mit Bezug auf die Satelliten des GPS-Navigationssystems. Nun hat der Internationale Erd-Rotations-Service (IERS, http://www.iers.org), der diese Messungen sammelt und auswertet, die 27. Schaltsekunde seit dem 1.1.1972 angeordnet.

Sie wird weltweit zum selben Zeitpunkt eingefügt: am 31. Dezember 2016 nach 23:59:59 koordinierter Weltzeit, in unserer gesetzlichen Zeit also am 1. Januar 2017 nach 00:59:59. Uhren, die in Übereinstimmung mit der gesetzlichen Zeit gehalten werden sollen, müssen dann um eine Sekunde angehalten werden. Besitzer von Funkuhren brauchen sich um nichts zu kümmern. Das Programm des Langwellensenders DCF77 in Mainflingen, über den die PTB die Zeitsignale aussendet, wurde bereits für die Einführung der Schaltsekunde vorbereitet.

Für den normalen Alltag erscheint die Schaltsekunde nicht wirklich relevant. Anders ist das in der Astronomie oder bei der Satellitennavigation, wo die Ausrichtung der Erde im Raum in Abhängigkeit von der Atomzeit bekannt sein muss. Aus anderen Bereichen ist es dokumentiert, dass die Einfügung der Schaltsekunde auch Probleme bereitet hat: in Betriebssystemen von Computern und speziell bei der Erzeugung von eindeutigen Zeitstempeln in Netzwerken.

Wollte man die Wahrscheinlichkeit für solche Fehler verringern, so fordern Kritiker, müsse die Schaltsekunde eigentlich abgeschafft werden. Seit Jahren wird nun schon das Für und Wider von Schaltsekunden diskutiert. Das Jahr 2017 beginnt jedenfalls mit einer zusätzlichen Sekunde – zum Feiern oder zum Fassen guter Vorsätze.
es/ptb

Ansprechpartner
Dr. Andreas Bauch, PTB-Arbeitsgruppe 4.42 Zeitübertragung, Telefon: (0531) 592-4420, E-Mail: andreas.bauch@ptb.de

Weitere Informationen:

http://www.ptb.de/cms/presseaktuelles/journalisten/presseinformationen/presseinf...

Imke Frischmuth | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Weitere Berichte zu: Atomuhr Atomzeit Erdbeben Erdrotation IERS PTB Rotationsachse Schaltsekunde Schwingungen UTC Weltzeit

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