Traktat zum Thema Zeit

Die Zeit, die unsere Armband.- und sonstigen Uhren anzeigen, ist eine künstliche Zeit, die den reibungslosen Ablauf von Vorgängen in kleinen Ländern bzw, innerhalb bestimmter auch politisch festgelegter geographischen Grenzen, sicherstellen soll. Darüber hinaus gibt es dann die, wiederum nach politischen Gegebenheiten orientierten, Zonenzeiten, die um jeweils 1 Stunde differieren, und so einfach handhabbar sind. Diese Einteilung ist notwendig, weil die Erde eine kugelähnliche Gestalt hat und sich 1 mal pro Tag dreht, also um 360° in 24 Stunden oder 15° in 1 Stunde. Wenn man die mittlere Sonnenzeit auf 24 Std. für 1 Tag festgelegt hat, die für unsere Uhren mit ihrem gleichmäßigen präzisen Gang die Grundlage der Zeitmessung ist, muss man für eine genaue astronomische Zeitmessung eine Menge Korrekturen anbringen und daher eine Menge Begriffe einführen, die dem einen oder anderen vielleicht nicht so geläufig sind. Die Position der Sonne und der Sterne am Himmel ist einigen Einflüssen unterworfen, die bedingt sind durch die elliptische Bahn der Erde um die Sonne, ferner durch das taumeln der Erdachse (siehe auch den Beitrag Zeitrechnung das Datum und die Schaltjahre), durch Störungskräfte der anderen Planeten auf die Erde, und auch durch biologische Prozesse auf der Erde (z. B. Wasserdampfverteilung in der Atmosphäre und ähnliches mehr).

Vor diesem Hintergrund sind folgende Definitionen der Zeit üblich

UT steht für den Begriff Univeral Time in unserer Sprache auch Weltzeit genannt. Sie entspricht der sogenannten mittleren Sonnenzeit, brücksichtigt also nicht die Positionsänderung der Sonne am Himmel durch die leicht elliptische Bahn der Erde. Diese Zeit bezieht sich auf den sogenannten Null-Meridian, der gemäß politischer Festlegung durch Greenwich, einem Vorort Londons, verläuft.

MEZ steht für Mitteleuropäische Zeit, das ist die mittlere Sonnenzeit des 15. östlichen Längengrades. Es ist die Basis der Zeit in Deutschland und seiner angrenzenden Nachbarn. 0 Uhr UT = 1 Uhr MEZ

MESZ steht für Mitteleuropäische Sommerzeit und ist eine reine politische Festlegung , die mit astronomischen Erfordernissen nichts zu tun hat. MESZ = MEZ + 1 Stunde.

OZ ist die Ortszeit und bezieht sich nicht mehr auf einen bestimmten Längengrad (Meridian) wie UT oder MEZ. Diese Zeit bezieht sich auf den Ort des Beobachtes. Für die Sternwarte in Höfingen, die auf dem 9. Längengrad steht und zwar 9° östlicher Länge, ist die Ortszeit: MEZ – 24 min. oder UT + 36 min.

Da 15° Drehung der Erde einer Stunde entspricht, dreht sie sich in 4 min. um 1°.

Die Sternzeit unterscheidet sich von der mittleren Sonnenzeit. Die Ursache liegt darin, dass sich die mittlere Sonne relativ zu einem Fixpunkt, nehmen wir den sogenannten Frühlingspunkt, in 1 Jahr oder 365,25 Tagen um 360° = 24 Stunden von Westen nach Osten bewegt. Der mittlere Sonnentag ist daher um 24h/365.25 oder 3m56s länger als der Sterntag. Die Sternzeituhr geht also pro Monat um ca. 2h vor. Der mittlere Sterntag hat eine Länge von 23h56m4,09054s mittlerer Sonnenzeit. Der mittlere Sonnentag entspricht 24h3m56,55536s mittlerer Sternzeit.

Die Mittlere Sonnenzeit ist, wie bereits erwähnt, eine idealisierte gleichförmig fortschreitende, auf die Erfordernisse des täglichen Lebens abgestimmte Zeit, entsprechend dem gleichmässigen Gang unserer Uhren. Über 1 Jahr gesehen ist sie jedoch fast präzise, da die positiven Abweichungen die negativen nahezu kompensieren.

Die Wahre Sonnenzeit berücksichtigt die Unregelmässigkeit der Bahngeschwindigkeit der Erde und gibt somit die wirkliche Position der Sonne wieder. Die Veränderungen werden durch die sogenannte Zeitgleichung dokumentiert, die mehrere Ursachen hat. Eine davon ist die Veränderung der Bahngeschwindigkeit der Erde auf ihrer leicht elliptischen Umlaufbahn um die Sonne (wird durch das 2. Keplersche Gesetz beschrieben).

Die verschiedenen Monatslängen

In der Astronomie unterscheidet man folgende Monatslängen:

Der Siderische Monat gibt die Zeitspanne wieder, die der Mond auf seiner Bahn um die Erde, übrigens in gleichem Drehsinn wie die Erde um die Sonne, benötigt, mit Bezug auf einen Stern. Die Zeitspanne beträgt 27d7h43m11,5s.

Der Synodische Monat dauert 29,55 Tage oder 29d12h44m2,9s. Er beschreibt die Zeitspanne, die der Mond benötigt für 1 Umlauf in Bezug auf die Sonne, also bis dieselbe Mondphase wieder eintritt. Er ist damit länger als der siderische Monat. Die Differenz ist die tägliche Bewegung der Sonne.

Der Drakonitische Monat ist die Zeit des Mondumlaufs zwischen 2 aufeinanderfolgenden Durchgängen durch denselben Knoten (Schnittpunkt der Mondbahn mit der Ekliptik, also der Sonnenbahn). Sie beträgt im Mittel 27d5h5m35,8s und ist wichtig für die Berechnung von Finsternissen, sowohl Mond- als auch Sonnenfinsternisse.

Der Anomalistische Monat ist die Zeitspanne zwischen 2 Durchgängen des Mondes durch sein Perigäum (kürzeste Entfernung zur Erde) und dauert 27d13h18m33,2s.

Der Tropische Monat ist der Zeitraum zwischen 2 Durchgängen durch den Stundenkreis des Frühlingspunktes (Schnittpunkt der ansteigenden Ekliptik mit dem Himmelsäquator). Er dauert 27d7h43m4,7s mittlere Sonnenzeit.

Die verschiedenen Jahreslängen

Sie resultieren aus der Veränderung der Lage der Erdachse im Raum durch Präzession. Diese führt in knapp 26 000 Jahren dazu, dass sich der Frühlingspunkt um 360° dreht.

Das Tropische oder Astronomische Jahr, ist die Zeit zwischen 2 Durchgängen der mittleren Sonne durch den mittl. Frühlingspunkt. Sie beträgt 365,24219879 mittlere Sonnentage.

Das Siderische Jahr (siderus = Stern). Bezugspunkt ist hier derselbe Stern in der Ekliptik. Die Dauer dieses Jahres ist 365,25636042 mittlere Sonnentage.

Das Anomalistische Jahr ist die Zeitspanne zwische 2 Periheldurchgängen der Erde und entspricht 365,25964134 mittl. Sonnentagen.

Das Julianische Jahr hat 365,25 Tage und ist historisch bedingt.

Das Gregorianische Jahr oder bürgerliche Jahr ist seit der Kalenderreform des Papstes Gregor (1572-1585) unser gebräuchliches Kalenderjahr. Es besteht aus 365,2425 oder 365 + 1/4 – 3/400 mittleren Sonnentagen. Es hat also in einem 400 jährigen Zyklus 3 Schalttage weniger als der julianische Kalender. Schaltjahre (366 Tage pro Jahr) sind: Alle Jahre, die durch 4 teilbar sind, ausgenommen die Jahrhunderte. Die sind nur Schaltjahre, wenn sie durch 400 teilbar sind. Die Jahre 1700, 1800 und 1900 waren also keine Schaltjahre. Die Jahre 1600 und 2000 waren jedoch welche. Mit dieser Regelung wächst die Ungenauigkeit des gregorianischen Kalenders zum exakten tropischen Jahr erst in 3000 Jahren auf 1 Tag an.

Die Zeitrechnung der Astronomie.

Das Julianische Datum , und der Beginn des mittleren Tages

In der Astronomie bedient man sich des sogenannten Julianischen Datums,zur einfachen Ermittlung von Zeitabständen die ja bei der Beobachtung vor allem über längere Zeiträume eine grosse Rolle spielen. Hier findet eine Methode Anwendung, die Julius Cäsar Scalinger vorgeschlagen hat. Demnach ist der Beginn der sogenannten julianischen Periode der 1. Januar des Jahres -4712. Die Tage werden nach dieser Methode fortlaufend ab diesem Datum ab 12 Uhr Mittag (UT) gezählt. Der 3. Nov. 2000 13.05 Uhr z B. entspricht dem jul. Datum 2 451 852,0451. Der 4. März 2001 18.47 Uhr entspricht dem jul. Datum 2 451 973,2826. Die beiden Zeitpunkte liegen also 121,2375 Tage auseinander.

Internationale Atomzeit. – TAI –

Durch die Einführung von Atomuhren mit einer Ganggenauigkeit von 1 sekunde in 30 000 Jahren fand man die kurzfristigen Schwankungen der Erdumdrehung (bedingt durch die bremsende Wirkung der Gezeiten und anderer teils jahrezeitlich bedingter und unperiodisch auftretender Unregelmässigkeiten durch die Verlagerung der Massenverteilung auf der Erde), somit erwies sich die Erdrehung (Sonnenzeit UT) als ungenau. Die Atomzeitskala muss nun mit der astronomischen Zeitskala in Einklang gebracht werden. Da unser Kalender auf Sonnentag und Sonnenjahr ausgerichtet ist hat man noch vor der Einrichtung der Atomzeit die Zeitdefinition von der Erdrotation unabhängig gemacht, und die

Ephemeridenzeit – ET –

eingeführt. Die Ephemeridenzeit ist unabhängig von der Erdrotation, und wird von der jährlichen Umlaufzeit der Erde um die Sonne abgeleitet.(Die Basis ist das tropische Jahr). Die Festlegung der ET ist erst nach Beobachtung von Gestirnen möglich. Sie muss der Weltzeit (UT) angepasst werden.

Es gilt daher: dt = EZ – UT

Zur Zeit liegt der Wert für dt über einer Minute. 1984 wurde anstatt der ET die

Dynamische Zeitskala -TDT-

eingeführt. Sie ist ebenfalls eine Ephemeridenzeit und unterscheidet sich von ET durch verschiedene Bezugspunkte (Beobachter auf der Erde und Schwerpunkt des Sonnensystems – Baryzentrum)

dt = TDT – UT

Die dynamische Zeitskala muss als ET mit der Atomzeitskala (TAI) in Verbindung gebracht werden. dt wird aus Beobachtungen bestimmt. Davon wird die UTC abgeleitet, wobei UTC die sogenannte koordinierte Weltzeit ist, und als Schaltsekunde halbjährlich, entweder am 30. Juni oder am 31. Dez. zur UT addiert oder subtrahiert wird, je nach Trend der Unregelmässigkeiten der Erdumdrehung.

Es gilt: dAT = TAI – UTC

Die in den Sternkalendern und astronomischen Jahrbüchern benutzten Zeiten sind in UT bzw. MEZ (UT + 1h) und nicht als TDT aufgeführt.

Literatur : Hans Ulrich Keller, Astrowissen, Kosmos Verlag

Willy Mahl 03.11.2000

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Letzte Änderung am 2009-Mar-15