Zahlen, bitte! Der 86401. Teil des Tages, der die Zeit fixt – die Schaltsekunde

Die Schaltsekunde ist notwendig, um die Weltzeit mit der Erdrotation zu synchronisieren, damit die Zeit mit dem Stand der Sonne harmonisiert.

Lesezeit: 2 Min.
In Pocket speichern
vorlesen Druckansicht Kommentare lesen 51 Beiträge
Von

Durch Abweichungen der Erdrotation entfernt sich die astronomische Zeit – die wir vor allem durch den Tag-Nacht-Ablauf wahrnehmen – von der exakten, mit Atomuhren gemessenen Uhrzeit. Ohne eine Korrektur könnte Berechnungen zufolge in etwa 4000 Jahren sogar um Mitternacht die Mittagssonne im Zenit stehen. Um das zu verhindern, wird in variierenden Zeitabständen die Schaltsekunde eingesetzt, um die Zeit zu korrigieren.

Durch die Zeiteinteilung in 24 Stunden, die in 60 Minuten und die wiederum in 60 Sekunden eingeteilt sind, ist der Tag somit insgesamt 86400 Sekunden lang. Die Anlehnung der Sekunde an die über das Jahr gemittelte Tageslänge war bis 1956 das Maß der Weltzeit (auch Universal Time No. 0 (UT0) genannt).

Abweichung der Tageslänge vom SI-basierten (astronomischen) Tag (86400 s), hier von 1962–2016 aufgeführt im täglichen, gleitenden und kumulativen 365-Tages-Mittel. Die UTC-Schaltsekunden sind als Punkte eingezeichnet.

Sie wurde geändert durch die etwas genauere Ephemeridensekunde, die sich nicht an der Erdrotation orientierte, sondern an der jährlichen Bewegung der Erde um die Sonne. Bereits 1967 wurde die Definition der Sekunde auf Atomuhren ausgerichtet und die Atomzeit (TA frz. für Temps Atomique) durch Beschluss der internationalen Fernmeldeunion (ITU) – einer Organisation in der 193 Mitgliedsstaaten und über 700 NGOs die Belange der weltweiten Informationsverarbeitung und Kommunikation koordinieren – zum anerkannten Standard.

Zahlen, bitte!

In dieser Rubrik stellen wir immer dienstags verblüffende, beeindruckende, informative und witzige Zahlen aus den Bereichen IT, Wissenschaft, Kunst, Wirtschaft, Politik und natürlich der Mathematik vor.

Das Problem: Die Erdrotation hält sich durch verschiedene Einflüsse nicht exakt an die so schön eingeteilte und exakte Zeitmessung. Wie ein im Klischee behafteter Studierender lässt sie sich Zeit. Haupteinfluss ist dabei der Mond und die durch seine Schwerkraft ausgelösten Gezeiten. Während der Meeresspiegel auf der Mond zugewandten Seite ansteigt und die Wassermassen aufgrund der Mondanziehung danach strebt, der Position des Mondes zu folgen, rotiert die feste Erde normal weiter. Dadurch entsteht eine Reibung auf dem Meeresgrund, die die Erdrotation minimal abbremst.

Aber auch andere Ereignisse wie vulkanische Aktivitäten, Eisbildung oder die periodisch auftretende Wassererwärmung im El Niño beeinflussen die Erdrotation in beide Richtungen. Somit entsteht das Dilemma, dass sich in unregelmäßigen Abständen die astronomische Zeit von der präzisen Zeitangabe der Atomuhren entfernt.

Die Lösung: Die koordinierte Weltzeit (UTC, ein Kompromiss aus englisch "Coordinated Universal Time“ und französisch "Temps universel coordonné“). Sobald der Unterschied zwischen der Internationalen Atomzeit (TAI) und der astronomischen Zeitskala (UT1) droht, eine Sekunde zu übersteigen, wird entsprechend der Veränderung eine Schaltsekunde hinzugefügt oder entfernt. Das erfolgt zur Jahresmitte oder zum Jahreswechsel und hat seit ihrer Einführung 1972 bisher 27 Mal stattgefunden, wobei jeweils eine Schaltsekunde hinzugefügt wurde.

So würde die Uhrzeit nach ME(S)Z aussehen, wenn eine Klappzahlenuhr die Schaltsekunde berücksichtigen könnte.

Festgelegt wird dies durch das Internationalen Dienst für Erdrotation und Referenzsysteme (IERS), der mit verschiedenen Verfahren die Abweichung der Erdrotation misst. Da die zwar messbar, aber aufgrund der Vielzahl von Einflüssen nicht langfristig vorhersehbar ist, lassen sich die Schaltsekunden nicht vorausplanen. Daher erfolgt halbjährlich mit dem Bulletin C eine Information, ob eine Schaltsekunde eingefügt wird, oder eben nicht.

Die Informationsverbreitung über die Durchführung einer Schaltsekunde erfolgt dabei über Funksignale, Zeitcodes, Netzwerkprotokolle oder Dateien. Und obwohl die Schaltsekunde seit 1972 bekannt ist, versetzt sie regelmäßig ITler in Angst und Schrecken.

Zwar sind bisher die ganz großen Katastrophen ausgeblieben, aber dennoch halten sich hartnäckig die Probleme, die eine Zeitumstellung in Verbindung mit IT mit sich bringen kann. Dabei war es in der Vergangenheit unerheblich welches Betriebssystem: Sowohl Linux- als auch Windows-Systeme waren schon von Fehlern betroffen. Sogar falsche Schaltsekunden hielten schon Admins auf Trab.

Zwar ist in der Nacht zum Mittwoch diesmal keine Schaltsekunde geplant, aber die Nächste kommt bestimmt, frühestens am 31. Dezember 2020. Durch die bekannten Probleme ist das Verfahren der Schaltsekunde nicht unumstritten. Seit Jahren wird darüber debattiert, auf das Verfahren zu verzichten, um Kommunikationsnetze oder Navigationssysteme, die auf eine fortlaufende Zeitnahme angewiesen sind, nicht weiter zu verwirren.

Die Internationale Fernmeldeunion hat für ihre Konferenz im Jahr 2023 die Zukunft der Schaltsekunde auf die Tagesordnung gesetzt. Im Gespräch sind unter anderem eine Verlängerung der normalen Sekunde, eine Schaltstunde statt der Schaltsekunde, ein vollständiges Umschwenken auf die Atomzeit oder die Beibehaltung des Status quo. Wobei alle Ideen ihre eigenen Vor- und Nachteile haben.

Solange die Schaltsekunde aber weiter besteht, sollte jedenfalls kluge Admins vorbereitet sein und zur nächsten Umstellung einen Blick auf die Systeme werfen. (mawi)