Sekunde

Die Sekunde ist die Basiseinheit der Zeit im internationalen Einheitensystem (SI).<ref name="SI">Bureau International des Poids et Mesures (Hrsg.): The International System of Units (SI) (PDF).</ref> Sie ist etwa einen Herzschlag lang (Ruhepuls eines Erwachsenen).

Die Unterteilung der Stunde in 60 Minuten zu je 60 Sekunden findet sich bereits um 1000 in einer Schrift von al-Biruni.<ref name="al-Biruni">al-Biruni: <cite>The chronology of ancient nations: an English version of the Arabic text of the Athâr-ul-Bâkiya of Albîrûnî, or „Vestiges of the Past“.</cite>, Sachau C Edward 1879, S. 147–149.</ref> Als Secunda von lateinisch pars minuta secunda (‚zweiter verminderter Teil‘) ist sie seit dem 13. Jahrhundert bekannt. Im Jahre 1585 konstruierte Jost Bürgi erstmals eine Uhr mit Sekundenzeiger.<ref>Schweizerische Physikalische Gesellschaft.</ref>

Später wurde die Sekunde genauer über den mittleren Sonnentag definiert, ab 1960 als Ephemeridensekunde über die Dauer des tropischen Jahres.

Seit 1967 ist die Sekunde als das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstruktur­niveaus des Grundzustands von Atomen des Nuklids Caesium-133 entsprechenden Strahlung festgelegt.<ref>Zeit und Frequenz. Physikalisch-Technische Bundesanstalt.</ref> Sie wird daher auch Atomsekunde genannt.

Definition

Eine Sekunde ist das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstruktur­niveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids ¹³³Cs entsprechenden Strahlung.<ref name="SI" />

Definitionsgemäß ist die Sekunde also das Vielfache der Periode einer Mikrowelle, die mit einem ausgewählten Niveauübergang im Caesium­atom in Resonanz ist. Daher wird sie als Atomsekunde bezeichnet. Atomuhren basieren auf der Messung dieses Übergangs. Ihre Genauigkeit wurde seit der oben angegebenen Definition um mehr als vier Zehnerpotenzen auf 10⁻¹⁵ gesteigert.

Definitionsgeschichte

Alte Definitionen

Bis 1967 beruhte die Sekunde auf astronomischen Messungen:

• Sonnensekunde (bis in die 1950er-Jahre): Der Bruchteil <math>\tfrac{1}{86.400}</math> des mittleren Sonnentages.

  Diese Festlegung wurde eingeführt, damit ein durchschnittlicher Sonnentag 24 · 60 · 60 Sekunden lang ist. Das entspricht der Zeit, nach der eine fiktive mittlere Sonne wieder an gleicher Stelle steht.

  • Beachte: Dieser mittlere Sonnentag ist um 1/365stel länger als die wirkliche Umdrehungsdauer der Erde von 86.164,091 Sekunden. Die Differenz spiegelt die jährliche Erdbahn um die Sonne wider, denn unsere Uhrzeit richtet sich nach dem Sonnenstand und nicht nach den Sternen.
• Ephemeridensekunde: Der Bruchteil <math>\tfrac{1}{31.556.925{,}9747}</math> des tropischen Jahres am 0. Januar 1900 (= 31. Dezember 1899) um 12 Uhr UT. Er bezieht sich auf das damalige Verhältnis zwischen Jahresdauer und Erdrotation.

Von der alten zur neuen Definition

Um 1885 stellte Karl Friedrich Küstner (Bonner Sternwarte) fest, dass die Rotationsachse der Erde eine Polbewegung von 5 bis 10 Meter durchführt. Genauer wurde dies von Richard Schumann (TU Wien) und Seth Carlo Chandler (Harvard) analysiert und war der erste Hinweis, dass sich auch die Rotationsdauer selbst verändert. Man konnte es aber mit den damals besten Uhren (0,05 Sekunden pro Tag) noch nicht nachweisen.

Dies gelang erst Adolf Scheibe und Udo Adelsberger 1934 an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt. Nach Ausräumung eigener Bedenken publizierten sie die Ergebnisse 1935 und präzisierten sie durch die von ihnen entwickelte Quarzuhr. Ab etwa 1950 wurde klar, dass die laufend verbesserten Quarzuhren ein besseres Zeitnormal wären als die Erdrotation. Die astronomische Tageslänge verlangsamt sich nicht nur allmählich wegen der Gezeitenreibung, sondern zeigt auch unregelmäßige Änderungen durch Magma­ströme zwischen Erdmantel und Erdkern. Durch die Verlangsamung der Erdrotation verschiebt sich der Sonnentag gegenüber einem völlig gleichmäßigen Zeitmaß. Zur Kompensation muss alle zwei bis fünf Jahre eine Schaltsekunde eingefügt werden, um alle Uhren mit dem zwar nur um Sekundenbruchteile, aber länger werdenden Sonnentag zu synchronisieren (siehe die Zeitkorrektion dUT1).

Mit der Sekunde zusammenhängende Einheiten

Die Einheit Sekunde ist mit verschiedenen Vorsätzen für Maßeinheiten (SI-Präfixe) in Verwendung, beispielsweise:

Als größere Zeiteinheiten sind Minute, Stunde und Tag üblich und in Deutschland gesetzliche Maßeinheiten. Vergrößernde SI-Vorsätze wie „Megasekunde“ (=1 000 000 s = 11 Tage, 13 h 46 min 40 s) sind zwar zulässig, aber sehr unüblich.

Eine Sekunde kann außerdem noch in sechzig kleine Zeiteinheiten, die Tertien unterteilt werden. Dies ist heute aber ungebräuchlich.

Trivia

Mit Einführung des französischen Revolutionskalenders 1792, nochmals gültig während der Zeit der Pariser Kommune, wurde zugleich der jüngste Versuch unternommen, die Zeiteinteilung eines Tages auf das Dezimalsystem umzustellen, d. h. ein Tag wurde in zehn Stunden geteilt, eine Stunde in einhundert Minuten und eine Minute in einhundert Sekunden. Demnach hatte ein Tag nunmehr 100.000 Sekunden gegenüber 86 400 Sekunden herkömmlicher Bestimmung. Für die kleinste Zeiteinheit war diese Dezimalzeit von unmerklicher Auswirkung, da sie lediglich um ca. 15 Prozent kürzer war. Stärker waren die Auswirkungen auf die beiden nächsthöheren Zeiteinheiten (Die Dezimalminute war fast eineinhalb Mal so lang, die Dezimalstunde gar fast zweieinhalb Mal.).

Weblinks

• Die Sekundendefinition von 1967 bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
• Zeit und Frequenz – Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Einzelnachweise

<references />