Zur Zukunft der Schaltsekunde

Wieso hakt der Sekundentakt?

Von Manfred Lindinger
16.01.2012
, 17:00
Auch die DDR hatte ihren eigenen Atomzeitgeber: das Unikat aus den achtziger Jahren befindet sich heute in Bratislava. Zur Vermittlung zwischen Atomzeit und astronomischer Zeit brauchte man bisher Schaltsekunden
Die astronomische Zeit geht nach, weshalb die Weltzeit auch im Juli dieses Jahres wieder für eine Sekunde gestoppt wird. Doch ist diese Praktik noch zeitgemäß?
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Die Minute hat sechzig Sekunden. Doch keine Regel ohne Ausnahme. Und so kommt es hin und wieder vor, dass die Minute eine Sekunde länger dauert. Der Grund: Die Weltzeit UTC und die durch die Erdrotation definierte astronomische Zeit sind minimal auseinandergedriftet und müssen wieder in Einklang gebracht werden. Und dazu greift man zu vergleichsweise harten Maßnahmen. Man stoppt den kontinuierlichen Lauf der Zeit, indem man den Zeiger eine Sekunde lang anhält. Vierundzwanzig solcher Schaltsekunden sind seit 1972 vom Internationalen Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Paris verordnet worden. Die letzten beiden Eingriffe waren zu Silvester 2005 und 2008, am 1. Juli dieses Jahres wird die Weltzeit abermals eine Sekunde lang pausieren.

Seit langem regt sich jedoch ein gewisser Unmut über diese archaisch anmutende Praktik, die so gar nicht in das moderne Kommunikationszeitalter zu passen scheint, in der Internetprotokolle, Handygespräche und Finanztransaktionen im Mikrosekundentakt synchronisiert werden. Zumal die Schaltsekunden anders als die Schalttage, die die Differenz zwischen einem Kalenderjahr und dem Sonnenjahr ausgleichen, nach keinem vorgezeichneten Plan hinzugefügt werden. Doch die Computersysteme können nicht so programmiert werden, dass ihre internen Uhren der Umstellung automatisch folgen. Deshalb kann es zu Synchronisationsproblemen zwischen vernetzten Rechnern kommen, wodurch Systeme abstürzen können, was fatale Folgen haben könnte. Aus diesen Gründen wird seit langem gefordert, die Schaltsekunde gänzlich abzuschaffen.

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Doch das zuständige Gremium der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) konnte sich bislang nicht einigen. Nun sollen die Delegierten der 193 Mitgliedsländer der UN-Behörde, die sich in dieser Woche in Genf treffen, über die Zukunft der Schaltsekunde entscheiden. Falls eine klare Mehrheit zustande kommt, könnte für die Extrasekunde in fünf Jahren das letzte Stündlein schlagen und die Weltzeit müsste neu definiert werden. Doch ob man sich überhaupt einigen wird, ist noch unklar. Gegner wie Anhänger der Schaltsekunde haben gute Argumente.

Verordnete Zwangspause als Tribut an die Natur

Schaltsekunden sind ein lästiges Erbe aus einer Zeit, als man die Sekunde noch als den 86.400sten Teil (24 Stunden × 60 Minuten × 60 Sekunden) eines mittleren Sonnentages definierte. Diese „astronomische“ Definition stellte zwar sicher, dass die Sonne stets um zwölf Uhr mittags ihren höchsten Stand erreichte. Da die Erde aber nicht gleichmäßig rotiert, schwankte die Dauer einer Sekunde von Tag zu Tag. Zum einen bremsen die Gezeitenkräfte die Erddrehung - ein Tag ist dadurch heute zwei Millisekunden länger als ein Tag vor hundert Jahren. Zum anderen bringen Massenverlagerungen im Erdinneren, Wind- und Meeresströmungen die Erde aus dem Takt. Derartige willkürliche Variationen waren für viele technische und wissenschaftliche Anwendungen, die auf ein stabiles Zeitmaß angewiesen sind, höchst lästig.

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Im Jahr 1967 stellte man aus diesem Grund die Zeitmessung auf eine neue Basis: die Weltatomzeit. Ein Tick eines Sekundenzeigers wird seither als jener Zeitraum definiert, der verstreicht, wenn ein angeregtes Cäsiumatom exakt 9.192.631.770 Mal zwischen zwei Quantenzuständen hin- und hergesprungen ist. Atom-Chronometer sind erstaunlich stabil, sie gehen in dreißig Millionen Jahren gerade mal um eine Sekunde nach. Die Stabilität hat aber einen entscheidenden Nachteil. Sie führt nämlich dazu, dass Weltatomzeit und astronomische Zeit immer weiter voneinander abweichen. Bis zum Jahr 1972 belief sich der Unterschied bereits auf zehn Sekunden. Das war ein Dilemma besonders für die Schifffahrt. Sie benötigte die astronomische Zeitrechnung für die Navigation, die über den Stand der Sterne erfolgte.

Es wurde deshalb vor vierzig Jahren beschlossen, die koordinierte Weltzeit (UTC) als weltweite Referenzzeit einzuführen, an der sich seitdem sämtliche Zeitzonen der Erde ausrichten. Die Weltzeit tickt die meiste Zeit synchron zur Atomzeit. Diese wird vom BIPM in Paris in einem komplizierten Verfahren aus den Daten von 400 Atomuhren, die in siebzig Instituten in der Welt ticken, ermittelt. Sobald die Diskrepanz zwischen Atomzeit und astronomischer Zeit 0,9 Sekunden beträgt, wird eine Schaltsekunde hinzugefügt. Die Manipulation ist gewissermaßen ein Tribut an die Unregelmäßigkeit der Natur und soll verhindern, dass die Sonne ihren höchsten Stand nicht irgendwann am Abend erreicht. Die Information, wann eine Zeitsprung droht, wird ein halbes Jahr vorher bekanntgegeben.

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Umstellung mit Schwierigkeiten

Der Kompromiss mit der Weltzeit ist in den vergangenen Jahren immer stärker in die Kritik geraten. Denn die Zeiten haben sich inzwischen gewandelt. Zum einen haben die satellitengestützten Navigationssysteme die Positionsbestimmung mit Sextanten längst abgelöst. Das amerikanische Navigationssystem GPS folgt ohnehin einer eigenen Zeitrechnung. Es werden nur die 19 Schaltsekunden berücksichtigt, die bis zum Jahr 1980 angefallen waren. Und auch das europäische Satellitensystem Galileo wird, wenn es in Betrieb geht, seine eigene atomare Zeitskala nutzen. Zum anderen sind die Computersysteme heute viel komplexer und stärker vernetzt als früher, wodurch sie mitunter aber auch störanfälliger geworden sind.

So wird immer wieder berichtet, dass das Einfügen einer Schaltsekunde Probleme bei zeitkritischen Prozessen bereitet. So funktionierte beispielsweise das russische Satellitennavigationssystem „Glonass“ minutenlang nicht, als im Jahr 2005 eine Schaltsekunde eingeführt wurde. „Ganz offengelegt werden die Gründe aber selten, warum der Zeitsprung in einigen Ländern so große Schwierigkeiten bereitet“, sagt Andreas Bauch, der bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig die Abteilung für Zeitübertragung leitet. In Braunschweig steht auch eine der vielen Atomuhren, die im Kollektiv den Takt der Weltzeit vorgeben.

Vom astronomischen Geschehen abgekoppelt?

Für Bauch ist es nur schwer abzuschätzen, wie groß die Schäden wirklich sind, die die Schaltsekunden verursachen sollen. Ein großes Dilemma sei, dass die Zeitumstellung nicht nach einheitlichen Regeln erfolgt. Manchmal wird das Signal, wenn die Übermittlung über Internetdienste erfolgt, zweimal statt einmal gesendet. Andere Systeme werden für eine Sekunde abgeschaltet. Solche Prozeduren können die Synchronizität der Uhren kurzfristig durcheinanderbringen und Computer abstürzen lassen. „Wir haben selbst unsere Systeme so ausgelegt, dass eine Schaltsekunde keine Schwierigkeiten bereitet“, sagt Bauch. Weil es aber Computersysteme gibt, denen die Schaltsekunde offenkundig Ärger bereitet, könnte man durchaus auf den Zeitsprung verzichten. Man sollte die Welt so einfach wie möglich gestalten, sagt Bauch.

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Die Anhänger der Schaltsekunde haben allerdings ein schlagendes Argument: Würde man nämlich die bisherige Regelung aufgeben, dann koppelte man sich zum ersten Mal in der Geschichte der Zeitmessung von den astronomischen Geschehnissen ab. Dann würde man mit einer mehrere tausend Jahre alte Tradition brechen. Dadurch verlöre auch die „Greenwich Mean Time“ endgültig ihre Bedeutung, weshalb England sehr an der bisherige Regelung hängt. Bislang war die Mehrheit der Zeitleute in den einschlägigen Gremien der Fernmeldebehörde ITU für die Abschaffung der Schaltsekunde, sagt Bauch.

Ein neuer Name für eine neue Zeit

Doch die Stimmung scheint zu kippen. Neben England und China wollen nun auch Kanada und Russland an der koordinierten Weltzeit festhalten. Und auch Deutschland wird nach Auskunft des Bundeswirtschaftsministeriums, wo die deutsche Position bestimmt wird, für den Erhalt der UTC und der Schaltsekunde plädieren, wenn es zur Abstimmung kommt. Ein Vertreter der Bundesnetzagentur wird die deutsche Position in Genf vertreten. Der Hauptgrund: Hierzulande kommen alle Computersystemen mit dem Zeitsprung alle paar Jahre gut zurecht.

Sollte sich die Mehrheit der Delegierten der ITU für eine Verzicht aussprechen, dann müsste man aber auch einen neuen Namen für die koordinierte Weltzeit erfinden. „Unter UTC kann sich jeder etwas vorstellen. Würde man bei der Einführung einer neuen Definition den Namen beibehalten, wäre das irreführend“, sagt Bauch. Und die Neudefinition einer neuen Bezeichnung für die Weltzeit UTC würde obendrein einen riesigen bürokratischen Aufwand bedeuten, den viele scheuen dürften. Vielleicht ringt man sich zu dem in der Vergangenheit oft zitierten Kompromiss durch, die koordinierte Weltzeit und die astronomische Zeit erst anzugleichen, wenn der Unterschied sich auf eine Stunde beläuft. Die Uhren in der Welt eine Stunde statt einer Sekunde anzuhalten würde zwar nicht weniger Aufwand bedeuten. Man hätte aber ausreichend Zeit, sich darauf vorzubereiten. Denn bis es so weit ist, würden einige hundert Jahre vergehen.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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