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Atomzeit
Im Systeme International der Maßeinheiten ist die SI-Sekunde definiert als
9 192 631 770
Schwingungen eines Hyperfeinstrukturübergangs im Grundzustand von Cäsium-133.
Die Dauer der SI-Sekunde wurde so gewählt, daß sie bestmöglichst mit der bis dahin gebräuchlichen Ephemeridensekunde übereinstimmt.
Die "SI-Sekunde" definiert lediglich eine abstrakte "Atomzeit". Um zu einer praktisch nutzbaren Zeitskala zu gelangen, benötigt man Geräte, die die SI-Sekunde zu realisieren versuchen.
Diese Geräte werden Atomuhren genannt.
"Reale Atomuhren" stimmen nicht vollständig miteinander überein.
Daher wird für die Definition der Atomzeit TAI ( frz. Temps Atomique International ) der gewichtete Mittelwert vieler Atomuhren - verstreut in verschiedenen Labors auf der gesamten Erde - verwendet.
TAI ist die z.Z. beste Realisation einer auf der SI-Sekunde basierten Zeitskala mit einer relativen Genauigkeit von
+/- 2*10^-14 ( Stand von 1990 ).
Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie hängt die gemessene Zeit vom Ort auf der Erde ab ( genauer von der Höhe ) und auch von der räumlichen Geschwindigkeit der Uhr.
TAI bezieht sich deshalb auf einen Meßort auf Meereshöhe, der sich mit der Erde mitdreht.
Ephemeridenzeit, Dynamische Zeiten (TDT, TDB)
Ephemeriden sind die Tabellen, in denen die Positionen von
Sonne,
Erdmond,
Planeten
und deren
Monden
zu verschiedenen Zeitpunkten aufgeführt sind.
Früher wurden die Positionen in Abhängigkeit von der Weltzeit ( damals Greenwich Mean Time ) tabelliert, was aber immer wieder zu Problemen - insbesondere bei der Vorhersage der Erdmondbewegung - führte.
Schließlich erkannte man ( um 1930 ), daß die Erdrotation unregelmäßig und jede daraus abgeleitete Zeitskala deshalb ungleichförmig ist.
Die Anwendung dynamischer Bewegungsgesetze wie zum Beispiel der "Newton'schen Kraftgesetze" setzt aber eine gleichförmig verlaufende Zeit als unabhängige Variable voraus.
Die "Ephemeridenzeit" ( ET, für "Ephemeris Time" ) wurde deshalb in der Folge definiert als die Zeitskala, mit der die Bewegungsgesetze zusammen mit dem Newton'schen Schwerkraftgesetz die Ephemeriden korrekt voraussagen, und wird folglich als Argument in den Ephemeridentafeln aufgeführt.
Eine Bestimmung der aktuellen ET wird also durch Vergleich der beobachteten Positionen der Himmelskörper mit den Ephemeriden bewerkstelligt.
Formal wurde ET durch die Newcomb'sche Theorie der Sonne definiert.
1958 legte die Internationale Astronomische Union ( IAU ) auf ihrer 10. Generalversammlung fest, daß
"... Ephemeridenzeit gezählt wird von dem Augenblick nahe dem Beginn des Kalenderjahres 1900, als die mittlere geometrische Länge der Sonne 279 Grad, 41 Minuten und 48.04 Sekunden betrug, und an dem die Ephemeridenzeit exakt 1900 Januar 0, 12 Uhr betrug." ( Übersetzung D.H. )
Für die Länge der "Zeiteinheit" einigten sich die IAU und das Internationale Komitee für Gewichte und Maße auf die Definition
"Die Sekunde ist der Bruchteil 1/31 556 925.9747 des tropischen Jahres um 1900 Januar 0, 12 Uhr Ephemeridenzeit"
(Übersetzung D.H.), die 1957 veröffentlicht wurde.
Mit diesen Definitionen entspricht die "Ephemeridenzeit" den Zeitwerten in Newcombs Tabellen der Sonnenposition.
Für praktische Zeitbestimmungen waren die oben genannten Definitionen aber ungeeignet, weil genaue Positionsbestimmungen der Sonne schwierig sind.
Statt dessen wurde der Unterschied $\Delta T$ zwischen ET und UT aus Vergleichen zwischen Beobachtungen und Ephemeriden des Erdmondes abgeleitet.
Beobachtungstechnisch eignet sich der Mond wegen seiner großen scheinbaren Geschwindigkeit am Himmel dafür gut, die Berechnung seiner Ephemeride ist aber sehr schwierig und setzt neben der Gravitationskonstanten noch die Kenntnis anderer physikalischer Konstanten ( wie z.B. die Erdabplattung und die Gezeitenreibung ) voraus.
Im Zeitraum zwischen 1960 und 1984 wurde die "Mondtheorie" mehrfach verbessert, was jedesmal eine Änderung in der Realisierung der "Ephemeridenzeit" zur Folge hatte.
Für genauere Betrachtungen muß deshalb die verwendete Realisierung der ET ( bezeichnet mit ET0, ET1 und ET2 ) berücksichtigt werden.
Neben der Abhängigkeit von Details der Mondtheorie haftet der ET auch der Nachteil an, keinerlei Effekte zu berücksichtigen, die nach der Speziellen und der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erwarten sind.
Als bei steigender Meßgenauigkeit und wachsenden Ansprüchen an theoretische Vorhersagen dieses Defizit bedeutsam wurde, mußte ET durch verbesserte Zeitskalen ersetzt werden.
Diese Nachfolgeskalen werden allgemein als "Dynamische Zeiten" bezeichnet, weil sie ( wie ET ) auf berechneten Planeten- und Mondbewegungen nach dynamischen Bewegungs-Gesetzen beruhen. Im Unterschied zu ET werden hier aber relativistische Bewegungsgleichungen zugrunde gelegt.
Im Rahmen der Relativitätstheorie hängt die Zeitmessung vom Bezugsort ab. Bezugsorte von astronomischer Bedeutung sind die Erdoberfläche und das Schwerkraftzentrum des Sonnensystems.
Die beiden Zeitskalen für diese zwei Bezugsorte hängen in unterschiedlicher Weise von der dynamischen Theorie ab ( wobei hier die Möglichkeit akzeptiert wird, daß die Relativitätstheorie die tatsächliche Dynamik nicht korrekt beschreibt ).
Man hat aber die Freiheit, eine der Zeitskalen FREI zu definieren [= "Zeit" = KÄSE für Mickey-Mäuse mit zu wenig Hirn im Kopf, ... denn all das hier bezeichnet nur und bloß die MESSUNGEN von Xy-"Zeit", also von REINEN und NUR Bewegungsabläufen im WELT-Raum, aber "meine" ZEIT ist ganz etwas anderes: ich kann nähmlich als 1. MENSCH überhaupt auch BIO-physikalisch erklären und BEWEISEN, was denn "DIE ZEIT" und so all ihre "Dimensionen" TATSÄCHLICH wie eben auch diese Art von ZEIT auf der Erde mittels eines KÜNSTLICHEN WELTFORMEL-666-high-high-highest-tec-System auch generiert wird ...].
1977 wurde durch die Generalversammlung der IAU in Grenoble, Frankreich die Zeitskala für einen Bezugsort auf der Erde als TDT ( Terrestrial Dynamical Time ) definiert durch die Festlegungen, daß die Zeiteinheit der TDT die SI-Sekunde sei und der Zeitpunkt
1977 Januar 1, 0 Uhr TAI dem Zeitpunkt 1977 Januar 1, 0 Uhr 0 Minuten und 32.184 Sekunden TDT entspricht.
Die Differenz von
32.184
Sekunden entsprach dem damaligen Unterschied zwischen TAI und ET und wurde im Interesse einer Kontinuität zwischen ( alter ) ET und ( neuer ) TDT gewählt. Trotz des Bezugs auf die gemeinsame Grundlage der SI-Sekunde sind TAI und TDT im Grunde keine identischen Zeitskalen.
TAI unterliegt möglichen systematischen Fehlern bei der Realisierung der Atomzeit, während TDT eine idealisierte, gleichförmig verlaufende Zeit ist.
In der absehbaren Zukunft sind die Unterschiede aber allenfalls bei der Zeitmessung von Millisekundenpulsaren bedeutsam.
(Hinzuweisen ist auch darauf, die obige Definition "TDT" im Grunde zu einer Atomzeit macht, die nicht notwendigerweise zutreffend die Dynamik aufgrund von Gravitation beschreibt. Bislang existiert allerdings keinerlei Hinweise auf eine Divergenz zwischen idealer Atomzeit und idealer dynamischer Zeit. )
Die genannte Generalversammlung der IAU legte außerdem fest, daß sich Zeitskalen, die sich auf das
"Schwerkraftzentrum des Sonnensystems"
beziehen, nur um periodische Terme von TDT unterscheiden sollen.
Solche Zeitskalen werden als TDB ( Barycentric Dynamical Time ) bezeichnet. In der Praxis werden sie aus TDT unter Berücksichtigung der Konstanten, Positionen und Bewegungen von
Sonne,
Mond,
Jupiter,
Saturn
und dem
Schwerkraftzentrum des Sonnensystems
sowie der
Annahme [!!!]
einer Gravitationstheorie berechnet.
Für die "Gravitationstheorie" wird heute die allgemeine Relativitätstheorie verwendet. Die so erhaltene TDB weicht von TDT um maximal 10 Millisekunden ab, diese Differenz ist für die meisten Anwendungen bedeutungslos.
Weitere Zeitskalen namens Terrestrial Time ( TT ), Geocentric Coordinate Time ( TCG ) und Barycentric Coordinate Time ( TCB ) wurden von der IAU 1991 im Zuge einer
Klärung der Beziehungen zwischen Raum-Zeit-Koordinaten eingeführt.
Alle diese Zeitskalen sind Eigenzeiten im Sinne der allgemeinen Relativitätstheorie. Dabei gilt TT an der Erdoberfläche ( auf Meereshöhe ) und entspricht vollständig TDT.
TCG mißt die Eigenzeit im Mittelpunkt der Erde und unterscheidet sich von TT durch einen konstanten Skalenfaktor, der aus dem unterschiedlichen Gravitationspotential der beiden Meßorte folgt.
TCB ist die Eigenzeit des Schwerkraftzentrums des Sonnensystems.
Sie weicht von TDB durch einen konstanten Skalenfaktor ab, zum einen wegen geringfügig geänderter astronomischer Konstanten, zum anderen aber wegen der oben genannten Forderung, daß TDB sich nur um periodische Terme von TDT unterscheiden soll.
TDB ist daher letztlich an die Eigenzeit auf der Erdoberfläche gebunden und weist wegen des unterschiedlichen Gravitationspotentials eine andere Gangrate auf als TCB.
Julianischer Tag
Die "Julianische Tageszahl" - oder einfacher der "Julianische Tag" - ist eine fortlaufende Zählung der Tage, beginnend mit dem Tag 0, der am
1. Januar 4713 v.Chr.
( im proleptischen Julianischen Kalender ) um
12 Uhr Mittags begann.
Dementsprechend beginnt ein neuer Julianischer Tag auch immer um 12 Uhr Mittags, was ursprünglich für die europäische Astronomie den Vorteil besaß, daß alle Beobachtungen einer Nacht an einem einzigen "Julianischen Tag" stattfanden.
Diese Eigenschaft ist heute unwesentlich.
Die Julianische Tageszählung läßt sich durch Anhängen des seit 12 Uhr Mittags verflossenen Tagesbruchteils leicht zu einer genauen Zeitangabe erweitern.
So bezeichnet
JD 2 451 605
den Tag, der am
1. März 2000 um 12 Uhr beginnt,
während
JD 2 451 605.25
den Zeitpunkt um 18 Uhr desselben Tages bestimmt.
Diese Erweiterung wird in vielen Quellen als Julianisches Datum bezeichnet ( so z.B. im Astronomischen Almanach ).
Andere Quellen möchten den Gebrauch dieses Begriffs auf Datumsangaben im Julianischen Kalender begrenzen, um Verwechslungen vorzubeugen.
Diese Begriffstrennung hat sich bislang nicht durchsetzen können.
Julianische Tage wurden früher in der Regel ( sofern nichts anderes spezifiziert wurde ) nach mittlerer Sonnenzeit gezählt, heute nach UT.
Alternativ wurden Angaben auch in "Ephemeridenzeit" gemacht, was durch die Bezeichnung JED oder JDE gekennzeichnet wurde.
Auch heute ist gelegentlich sinnvoll, Julianische Tage in einer anderen als der UT-Skala anzugeben. Die verwendete Zeitskala ist dann an die Zeitangabe anzuhängen, z.B. als
JD 2 451 545.0 TDT
für den
1. Januar 2000, 12 Uhr Mittags nach TDT-Zeit.
Häufig finden sich auch Zeitangaben in einem Modifizierten Julianischen Datumsformat (MJD). Die gebräuchlichste Definition eines MJD folgt aus
MJD = JD - 2 400 000.5
der Nullpunkt liegt daher beim
17. November 1858 um 0 Uhr (!) Weltzeit.
Andere Definitionen existieren allerdings auch, so daß bei der Verwendung von Daten in MJD Vorsicht geboten ist.
Aus diesem Grunde wird MJD auch von der Internationalen Astronomischen Union nicht anerkannt.
Die Bedeutung der "Julianischen Tagesangabe" in der heutigen Astronomie liegt zum einen in der Möglichkeit einer kompakten, eindeutigen Zeitangabe, zum anderen in der einfachen Angabe und Berechnung von Zeitdifferenzen, Perioden usw.
Die Julianische Tageszählung wurde
1581
von dem französischen Gelehrten Joseph Justus Scaliger ( in seinem Werk "Opus novum de emendatione temporum" ) eingeführt, um eine eindeutige Zeitzählung ohne negative Jahreszahlen zu erhalten.
Dazu mußte der Anfang der Zeitzählung genügend weit in der Vergangenheit in vorhistorischen Zeiten liegen.
Scaliger konstruierte zunächst eine 7980 Jahre währende "Julianische Periode", indem er folgende Zyklen kombinierte:
den 28-jährigen Sonnenzyklus, in dem sich ( im Julianischen Kalender ) die Kalender-Daten auf denselben Wochentagen wiederholen ( im Gregorianischen Kalender wäre dieser Zyklus 400 Jahre lang );
den 19-jährigen "Metonischen Zyklus", in dem sich die Mondphasen und Finsternisse an nahezu denselben Kalenderdaten wiederholen;
und den 15-jährigen Indiktionszyklus, der im Römischen Reich zur Steuererhebung und Volkszählung verwendet wurde und, beginnend mit dem
25. Dezember 312 n.Chr.,
zur fortlaufenden Datierung bis in die heutige Zeit diente.
Das letzte Jahr, in dem alle drei Zyklen gemeinsam einen neuen Durchlauf begannen, war
4713 v.Chr.
Den 1. Januar dieses Jahres legte Scaliger als Beginn seiner Zeitrechnung fest.
Für die meisten Menschen der damaligen Epoche war dieses Datum allerdings fiktiv, da nach ihrem Glauben die Welt erst wesentlich später erschaffen wurde.
Scaliger selbst datierte die Erschaffung der Erde auf das Jahr
3267 v.Chr.
Bezüglich der Namensgebung finden sich widersprüchliche Angaben in der Literatur.
Nach einigen Quellen hat Scaliger sein Zeitsystem zu Ehren seines Vaters ( Julius Scaliger ) benannt.
Andere Quellen zufolge hat Scaliger den Julianischen Kalender verteidigt ( gegen die Reformbestrebungen des Vatikans ) und seine Namensgebung daran angelehnt; damit ginge der Name letztlich auf Julius Caesar zurück.
Literaturhinweise:
Die folgende Liste nennt Bücher mit unterschiedlichem Anspruch an Vorbildung und Lernwilligkeit.
Sie beginnt mit mehr allgemeinen oder populärwissenschaftlichen Büchern und endet mit schwergewichtigen Werken für den Spezialisten.
Joachim Krautter ....: "Meyers Handbuch Weltall", Bibliographisches Institut, 1994, (7. Auflage) ISBN 3-411-07757-3
Joachim Herrmann: "Das Weltall in Zahlen: Tabellenbuch für Sternfreunde", Franckh, 1986 (Kosmos-Astronomie) ISBN 3-440-05680-5
Jean Meeus: "Astronomische Algorithmen", Barth, 1992 ISBN 3-335-00318-7
P. Kenneth Seidelman: "Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac",
University Science Books, 1992 ISBN 0-935702-68-7
... hm, dann soll es ja auch noch Leute geben, die erklären einem in der schwer-gewichtigen Thematik von KERN-Kraft, also Atomkraftwerken und -energie - Zitat:
"... für was brauch ICH denn Atomkraftwerke??! Blödmann!
Bei mir kommt der Strom doch aus der Steckdose!"
Hm, stimmt: Ich lese die Uhrzeit auch von einer Armbanduhr ab, die geht sogar genau, obwohl die Garantie längst abgelaufen ist!
Aber mal ne ganz einfache, wenn auch komplexe Frage am Schluß:
Was Eigentlich ist Strom und ENERGIE, was Atome, was Lichtteilchen und Elektronen, was hat das mit der Erde, der Sonne, dem Universum, rechtsdrehendem Joghurt, der Steckdose im Gesicht von Schweinchen Babe und zuletzt DER ZEIT zu tun?
... bin dann mal weg, muß nachdenken, wenn ich rauskriege wie das alles nun funktioniert - DENKEN! ilia, DENKEN ...
What??!
»Explanatory Supplement to the Astronomical Ephemeris and the American Ephemeris and Nautical Almanac«, Her Majesty's Stationary Office, London, 1961
Autor: © Dirk Husfeld - 96/03/06 -
husfeld@usm.uni-muenchen.de
Angepaßt von: C. Kronberg -
Chris.Kronberg@lrz.uni-muenchen.de
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