Dynamische Zeit

Die Dynamische Zeit ist das derzeit modernste astronomische Zeitsystem.

Sie basiert wie die Ephemeridenzeit, aus der sie 1984 hervorging, auf der Dynamik der orbitalen Bewegung von Erde, Mond und Planeten im Sonnensystem. Die dynamische Zeit ist damit im Gegensatz zur Universalzeit nicht von den Änderungen der Erdrotation um die eigene Achse abhängig. Beide verwenden als Basis-Zeiteinheit die Atomuhr-basierte SI-Sekunde. ^[1]

Die dynamische Zeit (kurz TD, von frz. temps dynamique) wird in verschiedenen Varianten verwendet:

• der Terrestrischen Dynamischen Zeit (kurz TDT, von frz. temps dynamique terrestrique; engl. Terrestrial Dynamical Time), seit 1991 einfach als TT (von frz. temps terrestrique) bezeichnet.
• der Baryzentrischen Dynamischen Zeit (kurz TDB, von frz. temps dynamique barycentrique; engl. Barycentric Dynamical Time).
• seit 1991: der TCG (von frz. temps coordonné geocentrique; engl. Geocentric Coordinate Time).
• seit 1991: der TCB (von frz. temps coordonné barycentrique; engl. Barycentric Coordinate Time).

Gebräuchliche Referenzpunkte sind die Zeitpunkte, wann der Mond bestimmte Sterne überdeckt.

Hintergrund

Die Astronomie benötigt für verlässliche Berechnungen astronomischer Ereignisse über mehrere Jahrhunderte oder Jahrtausende hinweg eine gleichförmige Zeitbasis, die selbst mit der koordinierten Weltzeit (UTC) nicht gegeben ist. Die bis 1967 auf der veränderlichen Erdrotation und Erdumlauf (tropisches Jahr) beruhenden Zeitmessungen erfüllten diese Anforderung nicht. Daher wurde 1960 eine gleichförmig verlaufende Ephemeridenzeit (ET) als Grundlage für astronomische Berechnungen eingeführt. Als Ephemeridensekunde diente noch der 31.556.925,9747ste Teil des Tropischen Jahres am 0. Januar 1900 (= 31. Dezember 1899) 12:00 UT.

Nachdem mit den Atomuhren hochpräzise Zeitmesser zur Verfügung standen, musste berücksichtigt werden, dass relativistische Effekte die tatsächliche Zeitmessung auch mit den Atomuhren beeinflussen: Bewegte Uhren gehen langsamer, ebenso Uhren im Einfluss eines Schwerefeldes, als vergleichbare Uhren, die sich in Ruhe befinden oder weit entfernt von der Schwerkraftwirkung einer großen Masse.

Die Zeitmessung mit Atomuhren wird von der (Umlauf-)Bahngeschwindigkeit der Erde (≈ 29,8 km/s), von der Rotationsgeschwindigkeit der Erde sowie von den Massen der Erde, des Mondes und der Sonne beeinflusst. Um ein von diesen schwankenden Effekten freies Zeitmaß zu haben, wurde die Dynamische Zeit (TD) definiert, die diese relativistischen Effekte eliminiert.

Genauere Zeitgeber stellen für astronomische Zwecke nur die Millisekunden-Pulsare dar.^[1]

Varianten

Terrestrische Dynamische Zeit

Die TDT ersetzt seit 1984 die Ephemeridenzeit (ET) als Basis für die Berechnung von Ephemeriden (berechnete Tabellen astronomischer Ereignisse). Die Terrestrische Dynamische Zeit bezieht sich auf den Erdmittelpunkt und eliminiert die relativistischen Effekte der Erdrotation und des Gravitationsfeldes der Erde. Damit diese TDT nahtlos an die bis 1984 verwendete Ephemeridenzeit anschließt, hat die Internationale Astronomische Union (IAU) 1977 beschlossen, dass 0:00 Uhr des 1. Januar 1977 der Internationalen Atomzeit 0:00:32,184 Uhr gleichen Datums der Terrestrischen Dynamischen Zeit entspricht.

Die TDT wird seit 1991 einfach als TT (von frz. temps terrestrique) bezeichnet.^[2]

Baryzentrische Dynamische Zeit

Die TDB bezieht sich als zweite dynamische Zeit auf den Mittelpunkt des Sonnensystems (Baryzentrum). Diese Zeit eliminiert auch die relativistischen Effekte aus dem Umlauf der Erde um die Sonne sowie der Gravitationswirkung von Sonne, Mond und den anderen Planeten. Die IAU hat beschlossen, die TDB auf Basis der TDT zu berechnen und dabei die nur periodischen Terme zu berücksichtigen (Einflüsse der Sonnen-, Erd-, Mond- und Planetenbewegung sowie der Bewegung des Baryzentrums), und zwar unter Annahme der Gültigkeit der Einsteinschen Relativitätstheorien.

Aus dieser Festlegung ergeben sich Abweichungen zwischen TDT und TDB von stets weniger als 5 Millisekunden.

Dynamische Koordinatenzeiten

Die 1991 eingeführten Koordinatenzeiten TCG und TCB sind die Zeiten im Geocentric Celestial Reference System (GCRS) bzw. im Barycentric Celestial Reference System (BCRS), bei denen es sich nicht nur um Zeitskalen, sondern um Raumzeitkoordinatensysteme handelt.^[2]

Verhältnis zu anderen Zeitsystemen

Internationale Atomzeit

Obwohl die dynamische Zeit wie die Internationale Atomzeit (TAI) auf derselben Zeiteinheit SI-Sekunde beruht, könnten beide Zeiten einmal auseinander laufen, weil die Internationale Atomzeit auf der tatsächlichen Zeitzählung durch Atomuhren beruht, bei der möglicherweise systematische Fehler auftreten könnten. Die Terrestrische Dynamische Zeit (TDT) ist hingegen eine ideal gleichförmig verlaufende Zeit. Die geschätzte Abweichung zwischen TDT und TAI betrug zwischen 1977 und 1990 weniger als $\pm 10 \mu s$, eine Korrektur des festen Offsets von 32,184 Sekunden war nicht nötig.^[1]

Koordinierte Weltzeit

Die Terrestrische Dynamische Zeit ist um 32,184 Sekunden der Internationalen Atomzeit voraus definiert. Aufgrund der Verlangsamung der Erdrotation werden bei der UTC von Zeit zu Zeit Schaltsekunden eingefügt. Die TAI ist deshalb am 1. Januar 2009 gegenüber der UTC um 34 Sekunden voraus gelaufen. Insgesamt unterscheidet sich die TDT von der UTC daher derzeit (Stand 2009) um 1 Minute und 6,184 Sekunden.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c} P.K. Seidelmann, B. Guinot und L.E. Dogget: chapter 2 Time. In: Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac. University Science Books, 2005, S. 39-94, abgerufen am 4. Dezember 2010 (englisch). 
2. ↑ ^{a b} International Astronomical Union General Assembly: IAU 2000 resolutions. Manchester, August 2000. Abgerufen am 5. Dezember 2010 (rtf, englisch).