Universalzeit

Die Universal Time (UT) ist die durch astronomische Beobachtung gewonnene mittlere Ortszeit des durch die Sternwarte von Greenwich führenden Nullmeridians.

Sie löste 1928 die GMT (Greenwich Mean Time) als Weltzeit ab, um die durch die unterschiedliche Handhabung der GMT entstandenen Verwirrungen zu beheben.

In dieser Funktion wurde sie 1968 von der UTC (Koordinierte Weltzeit) ersetzt. Sie dient aber in ihrer Variante UT1 weiterhin als Referenzzeit für die Koordinierte Weltzeit 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 Sterne und Radioquellen wesentlich genauer beobachtet werden können als die grelle 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.

Varianten

Es gibt drei Varianten von UT:

• UT0: Die direkt aus Beobachtungen abgeleitete mittlere Ortszeit des Nullmeridians.
• UT1: Hier sind die durch die Polschwankungen entstandenen Einflüsse rechnerisch korrigiert.
• UT2: Hier wurde außerdem die mittlere jährliche Schwankung der Erdrotation abgezogen.

Der Unterschied zwischen den Versionen liegt im Millisekundenbereich. Mit „UT“ ohne weitere Spezifikation ist in der Regel UT1 gemeint.

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

Hauptartikel: UT1

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 $\varphi_{m}$ 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 und müssen erst in Zeitsekunden umgerechnet werden (eine Zeitsekunde = 15 Bogensekunden).

UT2

Die so gewonnene UT1 unterliegt noch den aus der Erdrotation stammenden Fluktuationen. Der jahreszeitlich bedingte Anteil dieser Fluktuationen 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.

Weblinks

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