NASA erklärt, warum Uhren am 30. Juni eine zusätzliche Sekunde bekommen

NASA erklärt, warum Uhren am 30. Juni eine zusätzliche Sekunde bekommen
NASA erklärt, warum Uhren am 30. Juni eine zusätzliche Sekunde bekommen
Anonim

Wenn Ihnen der Tag am Samstag, den 30. Juni 2012, etwas länger vorkommt als sonst, liegt das daran, dass er es sein wird. Um Mitternacht wird eine zusätzliche Sekunde oder "Sprungsekunde" hinzugefügt, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Erde immer länger braucht, um eine volle Umdrehung - einen Tag - oder technisch gesehen einen Sonnentag zu vollenden.

"Der Sonnentag wird allmählich länger, weil sich die Erdrotation ganz leicht verlangsamt", sagt Daniel MacMillan vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.

Wissenschaftler wissen genau, wie lange es dauert, bis sich die Erde dreht, weil sie diese Messung seit Jahrzehnten mit einer extrem präzisen Technik namens Very Long Baseline Interferometry (VLBI) durchführen.VLBI-Messungen werden täglich von einem internationalen Netzwerk von Stationen durchgeführt, die sich zusammenschließen, um gleichzeitig Beobachtungen durchzuführen und die Ergebnisse zu korrelieren. NASA Goddard übernimmt die wesentliche Koordination dieser Messungen sowie die Verarbeitung und Archivierung der gesammelten Daten. Und die NASA hilft, die Entwicklung der nächsten Generation des VLBI-Systems durch das Space Geodesy Project der Agentur unter der Leitung von Goddard zu leiten.

Vom VLBI haben Wissenschaftler erfahren, dass die Erde nicht der zuverlässigste Zeitnehmer ist. Die Rotation des Planeten verlangsamt sich insgesamt aufgrund von Gezeitenkräften zwischen Erde und Mond. Etwa alle 100 Jahre wird der Tag etwa 1,4 Millisekunden oder 1,4 Tausendstelsekunden länger. Zugegeben, das ist ungefähr 100- oder 200-mal schneller als ein Wimpernschlag. Aber wenn Sie diese kleine Diskrepanz jeden Tag über Jahre hinweg zusammenzählen, kann es tatsächlich einen sehr großen Unterschied machen.

"Zu Zeiten der Dinosaurier absolvierte die Erde eine Umdrehung in etwa 23 Stunden", sagt MacMillan, Mitglied des VLBI-Teams bei NASA Goddard."Im Jahr 1820 dauerte eine Umdrehung genau 24 Stunden oder 86.400 Standardsekunden. Seit 1820 hat sich der mittlere Sonnentag um etwa 2,5 Millisekunden verlängert."

In den 1950er Jahren hatten Wissenschaftler bereits erkannt, dass einige wissenschaftliche Messungen und Technologien eine genauere Zeitmessung erforderten, als die Erdrotation leisten konnte. Also änderten sie 1967 offiziell die Definition einer Sekunde. Sie basierte nicht mehr auf der Länge eines Tages, sondern auf einer äußerst vorhersagbaren Messung elektromagnetischer Übergänge in Cäsiumatomen. Diese auf Cäsium basierenden "Atomuhren" gehen in 1.400.000 Jahren auf eine Sekunde genau. Die meisten Menschen auf der ganzen Welt verlassen sich auf das Zeitnormal, das auf dem Cäsiumatom basiert: Koordinierte Weltzeit (UTC).

Ein anderer Zeitstandard, genannt Weltzeit 1 (UT1), basiert auf der Drehung der Erde um ihre eigene Achse in Bezug auf die Sonne. UT1 wird offiziell aus VLBI-Messungen berechnet, die sich auf astronomische Referenzpunkte stützen und eine typische Genauigkeit von 5 Mikrosekunden oder 5 Millionstel Sekunden oder besser haben.

"Diese Referenzpunkte sind sehr weit entfernte astronomische Objekte, sogenannte Quasare, die von der Erde aus gesehen im Wesentlichen bewegungslos sind, da sie mehrere Milliarden Lichtjahre entfernt sind", sagt Stephen Merkowitz von Goddard, Leiter des Space Geodesy Project.

Für VLBI-Beobachtungen beobachten mehrere Stationen auf der ganzen Welt gleichzeitig einen ausgewählten Quasar, wobei jede Station die Ankunft des Signals vom Quasar aufzeichnet; Dies wird für eine Reihe von Quasaren während einer typischen 24-Stunden-Sitzung durchgeführt. Diese Messungen werden mit einer so exquisiten Genauigkeit durchgeführt, dass tatsächlich festgestellt werden kann, dass das Signal nicht an jeder Station genau zur gleichen Zeit ankommt. Aus den winzigen Unterschieden in den Ankunftszeiten können Wissenschaftler die Positionen der Stationen und die Ausrichtung der Erde im Weltraum sowie die Rotationsgeschwindigkeit der Erde relativ zu den Quasarpositionen berechnen.

Ursprünglich wurden Sch altsekunden hinzugefügt, um ein UTC-Zeitsignal bereitzustellen, das für die Navigation auf See verwendet werden konnte.Diese Motivation ist mit der Entwicklung von GPS (Global Positioning System) und anderen Satellitennavigationssystemen obsolet geworden. Heutzutage wird in UTC eine Sch altsekunde eingefügt, um es innerhalb von 0,9 Sekunden von UT1 zu h alten.

Normalerweise würde die Uhr am nächsten Tag von 23:59:59 auf 00:00:00 umstellen. Stattdessen wird die UTC am 30. Juni um 23:59:59 Uhr auf 23:59:60 Uhr und dann auf 00:00:00 Uhr am 1. Juli verschoben. In der Praxis bedeutet dies, dass die Uhren in vielen Systemen für eine Zeit abgestellt werden zweite.

Es wurden Vorschläge gemacht, die Sch altsekunde abzuschaffen und die beiden Zeitstandards auseinanderdriften zu lassen. Dies liegt an den Kosten für die Planung von Sch altsekunden und den potenziellen Auswirkungen der Anpassung oder des synchronen Ein- und Aussch altens wichtiger Systeme. Darüber entscheidet jedoch frühestens 2015 die International Telecommunication Union, eine Sonderorganisation der Vereinten Nationen, die sich mit Fragen der Informations- und Kommunikationstechnologien befasst. Wenn die beiden Standards immer weiter aus dem Takt geraten, werden sie sich in 500 Jahren um etwa 25 Minuten unterscheiden.

In der Zwischenzeit werden der offiziellen UTC-Zeitmessung weiterhin Sch altsekunden hinzugefügt. Die Sch altsekunde 2012 ist die 35. hinzugefügte Sch altsekunde und die erste seit 2008.

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