Universal Time

Die Universal Time (UT) ist die durch astronomische Beobachtung gewonnene mittlere Ortszeit des durch die Sternwarte von Greenwich führenden Nullmeridians. Sie ist eine universelle Zeitskala, welche die wahre Erdrotation widerspiegelt. In den Geowissenschaften und der Astrometrie ist es das am meisten verwendete Zeitsystem.

Geschichte

Die Weltzeit war von 1884 bis 1928 die Greenwich Mean Time (GMT). Durch unterschiedliche Handhabung der GMT waren Verwirrungen entstanden, sodass man 1928 eine neue Weltzeit vereinbarte, die Universal Time (UT). 1968 wurde die Universal Time in mehrere Varianten aufgesplittet. Die Variante UT1 dient als Referenzzeit für die Koordinierte Weltzeit (UTC) und bildet so den Beitrag der Astronomischen Chronologie zur Bestimmung der Zeit.

Messung und Bedeutung

Gemäß ihrer Definition als eine mittlere Ortszeit misst UT den Drehwinkel der Erde bezüglich der mittleren Sonne. In der Praxis bestimmt man jedoch den Drehwinkel der Erde bezüglich des Frühlingspunkts (Sternzeit im Äquatorialsystem), bezüglich geeigneter Fixsterne (Galaktisches System, mit Astrolabien oder Zenitkameras) oder bezüglich ferner Radioquellen (im Fundamentalsystem, mit VLBI (Interferometrie)) und rechnet den so erhaltenen Winkel über geeignete Formeln in Sonnenzeit um (86400 Sonnenzeit-Sekunden entsprechen ungefähr 86636,6 Sternzeit-Sekunden). Der Vorteil liegt darin, dass die Positionen von Sternen und Radioquellen wesentlich genauer beobachtet werden können als die der Sonne. Radioquellen sind außerdem auch tagsüber anmessbar, so dass eine kontinuierliche Bestimmung von UT möglich wird.

Da UT über eine Beobachtung des Drehwinkels der Erde gewonnen und daher letztlich von der Erdrotation abgeleitet wird, spiegelt sie deren kurzfristige Fluktuationen und langfristige Verlangsamung wider. UT ist daher kein strikt gleichförmiges Zeitmaß und für manche wissenschaftliche oder technische Anwendungen nicht geeignet. Andererseits liefert UT gerade wegen dieser Abhängigkeit Informationen über die augenblickliche Rotationsgeschwindigkeit der Erde und den genauen Drehwinkel, was für zahlreiche Anwendungen in Astronomie, Raumfahrt, Vermessungswesen usw. unerlässlich ist.

Darüber hinaus bleibt UT, weil sie aufgrund ihrer Definition alle Änderungen der Erdrotation mitmacht, auch künftig stets mit dem Tag-Nacht-Wechsel der Erde synchronisiert, was z. B. für eine Atomzeitskala langfristig nicht der Fall wäre. UT bildet daher die Grundlage für die im Alltag benutzten bürgerlichen Zeitskalen.

Abgrenzung

Während die Internationale Atomzeit (TAI) und die Koordinierte Weltzeit (UTC) physikalisch gleichmäßige Zeitskalen sind, stellt UT1 den wahren Phasenwinkel der Erdrotation dar – d. h. den Winkel zwischen dem Greenwich-Meridian und dem astronomischen Frühlingspunkt. Damit definiert UT1 die momentane „Lage des Kreisels Erde“ im astronomischen Fundamentalsystem, hat aber kleine Unregelmäßigkeiten von einigen Zehntelsekunden pro Jahr.

1. UT1 hat zwar kleine Unregelmäßigkeiten, spiegelt aber genau die Drehung der Erde wider. Sie ist für die Geowissenschaftler am wichtigsten.
2. UTC ist zwar eine völlig gleichmäßige Zeitskala, muss aber alle ein bis sechs Jahre durch Schaltsekunden an UT1 angeglichen werden. Sie wird von den Zeitdiensten über Radiowellen ausgestrahlt.
3. Die Internationale Atomzeit (TAI) ist ebenfalls völlig gleichmäßig, aber „läuft der Erde voraus“ – derzeit 34 Sekunden (1. Januar 2010). Sie wird in der Physik verwendet.

Es gibt keine ideale Zeitskala für alle Disziplinen, aber für jeden Zweck eine gut geeignete.

Varianten

Es gibt einige um Millisekunden verschiedene Varianten. Mit „UT“ ohne weitere Spezifikation ist in der Regel UT1 gemeint.

• UT0: Direkt aus Beobachtungen abgeleitete mittlere Ortszeit des Nullmeridians
• UT1R: korrigiert um Einflüsse der Polschwankungen (Perioden über 35 Tage)
• UT1: korrigiert um Einflüsse der Polschwankungen (Perioden über 7 Tage)
• UT1D: korrigiert um Einflüsse der Polschwankungen (Perioden über 12 Stunden)
• UT2: Hier wurde außerdem die mittlere jährliche Schwankung der Erdrotation abgezogen.

UT0

Die Bestimmung geschieht, indem ein Beobachter seine lokale Sternzeit (oder äquivalent dazu den Drehwinkel der Erde) misst und über geeignete Formeln in UT umrechnet. Dabei muss er auch den Unterschied in geographischer Länge zwischen sich und Greenwich berücksichtigen. Legt er dafür seine mittleren geographischen Koordinaten zugrunde, so erhält er UT0.

UT1 - Universal Time No.1

UT1 wird durch astronomische Beobachtungen gewonnen – etwa mit einem modernen Meridiankreis – oder mittels Very Long Baseline Interferometry. Die kleinen Differenzen zu UTC werden als Zeitkorrektur dUT1 = UT1 − UTC bezeichnet und sind mit den Polkoordinaten x und y die drei Parameter der Erdrotation.

Die Zeitkorrektur dUT1 tendiert im Laufe einiger Monate zu negativen Werten, weil unser Zeitsystem die mittlere Sekunde von 1900–1905 zur Basis hat und die Erdrotation seither um rund 0,002 Sekunden pro Tag langsamer geworden ist. Bevor dUT1 einen absoluten Wert von 0,9 Sekunden erreicht, wird eine Schaltsekunde zum 30. Juni oder zum 31. Dezember eingefügt.

Die genaue Lage der momentanen Drehachse der Erde unterliegt jedoch geringfügigen Schwankungen im Meterbereich. Da sich im Zuge dieser Polbewegungen auch die Lage des Beobachters bezüglich der Drehachse ändert, sind seine geographischen Koordinaten kleinen Schwankungen unterworfen. Die Schwankungen seiner geographischen Länge führen dazu, dass die Umrechnung seiner Beobachtungen nach UT, in die nur die mittlere geographische Länge einging, nicht ganz korrekt ist. Nach entsprechender Korrektur ergibt sich UT1.

Die Korrektur lautet in erster Näherung (mit der mittleren Länge λ_m, der mittleren Breite φ_m und den Polkoordinaten x und y):

$UT1 = UT0 - \tan(\varphi_{m}) \cdot (x \sin(\lambda_{m}) + y \cos(\lambda_{m}))$.

Die Polkoordinaten werden in Bogensekunden veröffentlicht. (15 Bogensekunden entsprechen einer Zeitsekunde.)

UT1R

Diese Zeitskala ähnelt der UT1, wobei die Glieder mit einer Periode, die kleiner als 35 Tage ist, weggerechnet sind. Diese Zeitskala ist also im Vergleich zu UT1 geglättet. Das R steht für 'Removed' (zu deutsch: entfernt) oder 'Reduced' (zu deutsch: reduziert).

UT1D

Diese Zeitskala ähnelt der UT1, wobei auch Gezeiteneffekte mit einer halbtägigen oder täglichen Periode berücksichtigt sind. Diese Zeitskala ist also im Vergleich zu UT1 aufgeraut.

Das D steht für 'Daily' (zu deutsch: täglich) oder 'tiDes' (zu deutsch: Gezeiten).

UT2

Die so gewonnene UT1 unterliegt bislang nur den aus der Erdrotation stammenden Fluktuationen. Der jahreszeitlich bedingte Anteil, einerseits durch vegetative Veränderungen, andererseits aufgrund Wasserverlagerungen durch Schnee, lässt sich leidlich genau mit einer empirisch gewonnenen schematischen Formel wiedergeben. Im Bemühen, eine möglichst gleichmäßige Zeitskala zu erhalten, hat man diesen Schwankungsanteil von UT1 abgezogen:

$UT2 = UT1 \, + \, 0{,}022\mathrm{s} \, \cdot \, \sin(2\pi\tau) \, - \, 0{,}012\mathrm{s} \, \cdot \, \cos(2\pi\tau) \, - \, 0{,}006\mathrm{s} \, \cdot \, \sin(4\pi\tau) \, + \, 0{,}007\mathrm{s} \, \cdot \, \cos(4\pi\tau)$.

Dabei ist τ der als Bruchteil des Besseljahres ausgedrückte Zeitpunkt der Beobachtung. Von UT2 wurden in den 60er-Jahren die Radio-Zeitzeichen abgeleitet. Mit der Einführung von UTC im Jahre 1972 verlor UT2 an Bedeutung.

UT und UTC

Seit die Definition der Einheit Sekunde nicht mehr durch astronomische Beobachtungen gewonnen, sondern von einer Atomuhr abgeleitet wird (1968), wird die Weltzeit (UTC) mit dieser Atomzeit (TAI) synchronisiert. Durch Schaltsekunden wird gewährleistet, dass die Differenz zwischen UT1 und UTC nicht mehr als 0,9 Sekunden beträgt.

Siehe auch

• Zeit, Mittlere Sonnenzeit, Zeitzeichensender,
• Atomuhr, SI-Sekunde, Baryzentrum, Geodynamik
• geographische Länge, GPS-Zeit, Zonenzeit, Schaltsekunde
• Internationales Büro für Maß und Gewicht

Weblinks

• IERS Rapid Service/Prediction Center: http://maia.usno.navy.mil/