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Sonnenzeit: Was ist Universal Time?

Die Universal Time UT, auch Universalzeit genannt, wird zur Bestimmung der Weltzeit UTC und für astronomische Beobachtungen verwendet. Wie wird sie ermittelt und welche Varianten gibt es?

Radio telescopes of the Very Large Array in New Mexico, USA.

Radioteleskope für die UT-Messung.

Mit Radioteleskopen wie diesen im Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in New Mexico, USA kann die Geschwindigkeit der Erdrotation genau bestimmt werden.

©bigstockphoto.com/hongee

Definition der Universal Time

Die Universal Time ist ein Zeitstandard, der die durchschnittliche Geschwindigkeit der Erdrotation und damit die tatsächliche Länge eines Tages auf der Erde widerspiegelt. Sie bezieht sich auf die mittlere Sonnenzeit am Nullmeridian in Greenwich, England.

Die UT wird anhand der Länge eines Sonnentages bestimmt. In dieser Zeitspanne absolviert die Erde eine komplette Drehung um ihre Achse im Verhältnis zur Sonne. Von der Erde aus betrachtet ist der Sonnentag also der Zeitraum zwischen zwei wahren Mittagen – das sind die Zeitpunkte zu denen die Sonne den örtlichen Längengrad passiert und ihren täglichen Höchststand erreicht.

Da sich die Erddrehung mit der Zeit geringfügig verlangsamt, dauert ein Sonnentag im Schnitt etwas länger als 24 Stunden. Die Universal Time deckt sich also nicht exakt mit dem Weltzeitstandard UTC, nach dem sich die Uhren in allen Zeitzonen der Erde richten.

UT basiert auf Sternzeit

Obwohl die UT per Definition eine Sonnenzeit ist, wird sie in der Regel anhand der Positionen von Fixsternen abgeleitet. Mit dieser Methode kann eine viel höhere Genauigkeit erzielt werden.

Durch die Drehung der Erde um ihre Achse scheinen sich die Sonne und andere unbewegliche Himmelskörper aus unserer Perspektive über den Himmel zu bewegen. Zur Bestimmung der Univeral Time wird nun der exakte Moment registriert, an dem ein Fixstern den örtlichen Meridian (Längengrad) passiert. Die Zeitspanne zwischen zwei Meridiandurchgängen wird Sterntag genannt.

Diese Observation wird dann mit der Internationalen Atomzeit (TAI) verglichen. Die TAI ist ein sehr genauer, von Atomuhren ermittelter Zeitstandard. So wird die exakte Länge des aktuellen Sonnentages ermittelt – und damit die genaue Geschwindigkeit der Erdrotation. Da diese von Tag zu Tag geringfügig schwankt, spiegelt die Universal Time die durchschnittliche Länge eines Sonnentages wider.

Mithilfe von moderner Technologie kann die UT so mit einer beispiellosen Präzision bestimmt werden. Bei der Very Long Base Interferometry (VLBI) registriert ein Gespann von Radioteleskopen die Radiosignale von fernen Himmelskörpern wie Quasaren. Mit dieser Methode kann die Erdrotation mit einer Genauigkeit von weniger als vier Millisekunden im Vergleich zur TAI bestimmt werden.

Siderische Zeit vs Sonnenzeit

Die so ermittelte Sternzeit, auch siderische Zeit genannt, weicht per Definition von der Sonnenzeit ab. Verwendet man einen fernen Fixstern als Bezugspunkt, misst man die Zeitspanne, in der sich die Erde im Vergleich zu einem Objekt außerhalb der Erdumlaufbahn um die Sonne einmal um ihre Achse dreht. Die Universal Time soll jedoch die Dauer einer Umdrehung im Bezug zur Sonne wiedergeben.

Der Unterschied zwischen Stern- und Sonnenzeit ergibt sich aus der Tatsache, dass die Erde nicht stillsteht. Während sie sich um sich selbst dreht, reist sie um die Sonne – und die Richtung ihrer Sonnenumlaufbahn entspricht der Richtung ihrer Rotation. Deswegen muss sich die Erde jeden Tag ein wenig weiter drehen, um sozusagen mit der Sonne aufzuschließen. Für diesen zusätzlichen Weg benötigt unser Planet etwa vier Minuten – der Zeitunterschied zwischen einem Sterntag und einem Sonnentag.

Aus diesem Grund muss zur Ermittlung der Universal Time die gemessene Sternzeit mathematisch in Sonnenzeit umgewandelt werden.

Varianten der Universalzeit: UT0, UT1 und UT2

Es gibt mehrere Varianten der Universal Time, die sich nur um wenige Millisekunden voneinander unterscheiden. Jede UT-Version wird für unterschiedliche Zwecke eingesetzt.

UT0

Die UT0 ist die an einem bestimmten Ort gemessene Universal Time. Da sie verzerrende Faktoren wie die ständige Bewegung des Nordpols und Südpols (Polschwankung) nicht berücksichtigt, unterscheidet sie sich von einem Ort auf der Erdoberfläche zum anderen. So kann diese Variante der Universal Time nicht wirklich als Universalzeit angesehen werden, und die UT0 wird deswegen nicht oft verwendet.

UT1

Die UT1 ist die wichtigste und am öftesten eingesetzte Variante der Universal Time. Wird eine Uhrzeit als “UT” angegeben, ist normalerweise die UT1 gemeint. Dieser Zeitstandard wird von der UT0 abgeleitet, berücksichtigt jedoch die Polschwankung.

Astronomen verwenden die UT1 normalerweise, um ihre Beobachtungen zu terminieren. Sie ist zudem eines der beiden Fundamente der Koordinierten Weltzeit (UTC) und spielt damit eine wichtige Rolle in der Bestimmung der amtlichen Zeit in allen Zeitzonen der Welt.

Da sich die Erdrotation mit der Zeit verlangsamt, weicht die UT1 immer mehr von der Internationalen Atomzeit (TAI) ab, dem zweiten Fundament der UTC. Bevor der Unterschied zwischen den beiden Zeitstandards 0,9 Sekunden erreicht, wird deswegen eine Schaltsekunde zur UTC hinzugefügt, damit unsere Uhren die tatsächliche Länge eines Erdentages möglichst genau widerspiegeln. Aus diesem Grund weichen UT1 und UTC voneinander ab – jedoch immer um weniger als eine Sekunde.

Bevor die UTC im Jahr 1972 als globaler Zeitstandard eingeführt wurde, orientierte sich die Welt an der Greenwich Mean Time (GMT). Damals gab die GMT die mittlere Sonnenzeit am Nullmeridian wider – genau wie die heutige UT1. Heute ist die GMT keine Sonnenzeit mehr, sondern eine gewöhnliche Zeitzone, die sich, wie alle anderen Zeitzonen auch, nach der UTC richtet.

UT2

Bei der Ermittlung der UT2 werden, zusätzlich zu den Polschwankungen, jahreszeitliche Effekte einbezogen, die sich auf die Geschwindigkeit der Erdumdrehung auswirken – zum Beispiel Änderungen der Vegetation und die Verteilung von Wasser und Eis auf der Erdoberfläche.

Weitere Versionen

Neben diesen Hauptvarianten der Universal Time existieren einige Subtypen, die wieder andere Faktoren wie die Gezeiten berücksichtigen. Dazu gehören etwa die Versionen UT1R und UT1D. Diese Varianten kommen jedoch in nur wenigen wissenschaftlichen Kontexten zum Einsatz.

Themen: Erde, Schaltsekunden, Sonne, Sterne, Weltzeit, Zeitmessung, Zeitzonen, Astronomie

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16:48:47

Freitag, 14. Dezember 2018

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