Ab dem 20. Mai 2027 soll die koordinierte Weltzeit (UTC) nach den neuen Regeln ohne die bisher üblichen Schaltsekunden auskommen. Die Entscheidung betrifft ein grundlegendes Verfahren der internationalen Zeitmessung, das seit Jahrzehnten dafür sorgt, dass Atomuhren und die tatsächliche Drehung der Erde annähernd im Gleichschritt bleiben. Für den Alltag ändert sich dadurch zunächst wenig. In technischen Anlagen, bei der Satellitennavigation und in astronomischen Einrichtungen müssen bestimmte Verfahren jedoch langfristig angepasst werden, die monrose.de berichtet mit wa.de.
Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig ist an der deutschen Zeitmessung maßgeblich beteiligt. Sie betreibt unter anderem den Langwellensender DCF77, über den zahlreiche Funkuhren ihr Zeitsignal empfangen. Die Abschaffung der Schaltsekunde ist für die Fachleute deshalb ein wichtiges Thema, auch wenn die meisten Haushalte keine neue Uhr benötigen und keine unmittelbaren Veränderungen bemerken werden.
Warum die Schaltsekunde abgeschafft wird
Hinter der Entscheidung stehen zwei unterschiedliche Methoden, die Zeit zu bestimmen. Die koordinierte Weltzeit UTC orientiert sich an hochpräzisen Atomuhren. Diese messen Zeit anhand äußerst regelmäßiger physikalischer Prozesse und ermöglichen eine gleichmäßige, international abgestimmte Zeitangabe.
Die astronomische Zeit UT1 richtet sich dagegen nach der Erdrotation. Da sich unser Planet nicht vollkommen gleichmäßig dreht, verändert sich das Verhältnis zwischen beiden Zeitskalen. Einflüsse aus der Bewegung der Atmosphäre, den Ozeanen und anderen geophysikalischen Prozessen führen dazu, dass die Länge eines Tages geringfügig schwankt.
Seit 1972 wurde die Differenz zwischen UTC und UT1 durch zusätzliche Sekunden begrenzt. Insgesamt kamen auf diese Weise 27 Schaltsekunden hinzu. Die letzte wurde Ende 2016 eingefügt. Das Verfahren sollte verhindern, dass sich die von Atomuhren bestimmte Zeit und die astronomische Zeit um mehr als 0,9 Sekunden voneinander entfernen.
Eine Sekunde ist für Menschen kaum wahrnehmbar. Für digitale Systeme, die Zeitstempel und synchronisierte Abläufe verarbeiten, kann sie jedoch erhebliche Auswirkungen haben.
Mit der Neuregelung wird dieser bisherige Mechanismus aufgegeben. Die UTC soll gleichmäßig weiterlaufen, ohne dass in unregelmäßigen Abständen eine zusätzliche Sekunde eingefügt oder abgezogen wird. Die Abweichung zur Erdrotation darf dadurch über einen längeren Zeitraum anwachsen.
Was die Abschaffung der Schaltsekunde für Technik bedeutet
Die bisherige Zeitkorrektur war vor allem deshalb problematisch, weil sie nicht dem normalen Ablauf einer Uhr entsprach. Bei einer Schaltsekunde erhält eine Minute ausnahmsweise eine zusätzliche Sekunde. Systeme müssen diese Besonderheit erkennen und korrekt verarbeiten.
Nicht jede Software und nicht jede technische Infrastruktur kann einen solchen Eingriff zuverlässig bewältigen. Besonders anspruchsvoll ist die Synchronisierung von Geräten und Diensten, die auf exakte Zeitstempel angewiesen sind oder weltweit miteinander kommunizieren.
Zu den betroffenen Bereichen gehören:
- Rechenzentren und Server, die Ereignisse und Datenbanken zeitlich synchronisieren.
- Telekommunikationsnetze, in denen Zeitinformationen für die Koordination technischer Abläufe benötigt werden.
- Satellitennavigation und andere Systeme, die hochpräzise Zeitreferenzen verwenden.
- Stromnetze und industrielle Steuerungen, bei denen zeitlich abgestimmte Messungen und Schaltvorgänge wichtig sind.
- Finanzsysteme, die Transaktionen mit genauen Zeitstempeln dokumentieren.
Die Probleme entstehen nicht zwangsläufig bei jeder Schaltsekunde. Entscheidend ist, wie die jeweilige Infrastruktur mit dem ungewöhnlichen Zeitwert umgeht. Werden Sekunden falsch verarbeitet, können beispielsweise Zeitstempel in eine unerwartete Reihenfolge geraten oder einzelne Dienste vorübergehend gestört werden.
„Wenn es nun keine Schaltsekunden mehr gibt, bleibt dieser Teil des ausgesandten Codes einfach inaktiv“, erklärt Dr. Ekkehard Peik von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt.
Die Aussage bezieht sich auf das Zeitsignal des Senders DCF77. Sie verdeutlicht, dass die Abschaffung der Schaltsekunde nicht automatisch eine technische Umstellung aller bestehenden Funkuhren erfordert.
Funkuhren müssen in der Regel nicht ersetzt werden
Für Besitzer gewöhnlicher Funkuhren dürfte die Änderung kaum bemerkbar sein. Viele Geräte empfangen ihre Zeitinformationen über den Sender DCF77, den die PTB in Mainflingen bei Frankfurt am Main betreibt. Das Signal enthält codierte Angaben zur Uhrzeit und weitere Informationen, die für den korrekten Empfang benötigt werden.
Bisher kündigte ein spezielles Bit im Zeitsignal eine bevorstehende Schaltsekunde an. Auch bei den NTP-Internetservern der PTB, die der Synchronisierung von Computersystemen dienen, musste das Verfahren berücksichtigt werden. Wenn künftig keine Schaltsekunden mehr vorgesehen sind, entfällt diese besondere Ankündigung.
Das bedeutet allerdings nicht, dass alle Geräte identisch funktionieren. Die konkrete Verarbeitung der Zeitinformationen hängt vom jeweiligen Modell, seiner Software und dem verwendeten Synchronisierungsverfahren ab.
| Bereich | Erwartete Auswirkung |
|---|---|
| Funkuhren mit DCF77-Empfang | Im Regelfall keine besondere Anpassung erforderlich |
| Smartphones und Computer | Gewohnte Uhrzeitanzeige bleibt grundsätzlich bestehen |
| NTP-Zeitserver | Die bisherige Behandlung von Schaltsekunden entfällt |
| Rechenzentren und Netzwerktechnik | Vereinfachung bei der Verarbeitung zusätzlicher Sekunden |
| Sternwarten und astronomische Messsysteme | Langfristig größere Bedeutung der Differenz zwischen UTC und Erdrotation |
Die wichtigste Veränderung betrifft nicht die Anzeige der Uhrzeit, sondern die Art, wie technische Systeme mit unterschiedlichen Zeitmaßstäben umgehen.
Smartphones und Computer beziehen ihre Zeitangaben meist über Netzwerkdienste oder andere Synchronisierungsmechanismen. Sie zeigen weiterhin Stunden, Minuten und Sekunden an. Die Neuregelung bedeutet deshalb weder eine neue Uhrzeit für Deutschland noch eine Änderung der Zeitzonen.
Sternwarten müssen die Erdrotation weiterhin berücksichtigen
Anders sieht es bei astronomischen Beobachtungen aus. Sternwarten und andere wissenschaftliche Einrichtungen verwenden unterschiedliche Zeitskalen, abhängig davon, ob sie Beobachtungen planen, Messungen vergleichen oder die Position von Himmelskörpern berechnen.
Für viele alltägliche Anwendungen reicht die koordinierte Weltzeit aus. Bei der präzisen Ausrichtung von Teleskopen kann jedoch die tatsächliche Erdrotation eine entscheidende Rolle spielen. Wenn sich UTC und UT1 im Laufe der Zeit stärker voneinander entfernen, müssen astronomische Einrichtungen diesen Unterschied berücksichtigen.
Bislang blieb die Abweichung zwischen beiden Zeitskalen durch die Schaltsekunden unterhalb der Grenze von 0,9 Sekunden. Nach der Umstellung wird diese unmittelbare Begrenzung aufgehoben. Die beiden Zeitangaben können sich daher langfristig weiter auseinanderentwickeln.
Für die Astronomie bedeutet das nicht, dass Beobachtungen grundsätzlich ungenauer werden. Entscheidend ist vielmehr, dass die verwendete Zeitskala zur jeweiligen Aufgabe passt und die Differenz zur Erdrotation korrekt berücksichtigt wird.
Die Abschaffung der Schaltsekunde verändert die Grundlage der Zeitkorrektur. Die astronomische Zeit bleibt trotzdem relevant, wenn Beobachtungen präzise auf die Drehung der Erde abgestimmt werden müssen.
Fachleute gehen davon aus, dass es sehr lange dauern dürfte, bis sich eine Abweichung von einer Stunde zwischen Atomzeit und Erdrotation aufbaut. Nach Einschätzung von Experten könnte dafür ein Zeitraum von mehreren Jahrhunderten erforderlich sein. Der genaue Verlauf hängt allerdings davon ab, wie sich die Erdrotation über lange Zeiträume entwickelt.
Warum Braunschweig bei der internationalen Zeitmessung wichtig ist
Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig gehört zu den bedeutenden Einrichtungen der internationalen Metrologie. Sie betreibt hochpräzise Uhren und trägt dazu bei, die gesetzliche Zeit in Deutschland bereitzustellen. Ihre Messungen fließen außerdem in die internationale Abstimmung der Zeit ein.
Die internationale Atomzeit entsteht nicht durch eine einzelne Uhr. Das Internationale Büro für Maß und Gewicht (BIPM) in Frankreich wertet Messungen von Atomuhren aus zahlreichen Zeitlaboren weltweit aus. Aus diesen Daten wird eine gemeinsame Zeitskala berechnet.
Die Genauigkeit der beteiligten Uhren ist dabei von großer Bedeutung. Je stabiler und präziser ein Zeitnormal arbeitet, desto zuverlässiger kann es zur Bestimmung der internationalen Atomzeit beitragen.
Die PTB arbeitet deshalb nicht nur an der Weiterentwicklung bestehender Atomuhren, sondern untersucht auch neue Ansätze zur Zeitmessung. Ein Forschungsgebiet ist die sogenannte Kernuhr, die auf Übergängen im Atomkern statt auf den bisher verwendeten Übergängen in der Elektronenhülle aufbauen soll.
Eine noch präzisere Zeitmessung könnte künftig neue wissenschaftliche Anwendungen ermöglichen. Bis dahin sind weitere Forschungsarbeiten und technische Entwicklungen notwendig. Der praktische Einsatz einer Kernuhr für internationale Zeitskalen ist noch nicht erreicht.
Kernuhren werden zum internationalen Forschungsprojekt
Die Entwicklung von Kernuhren hat in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Auch die PTB in Braunschweig arbeitet an entsprechenden Konzepten. Ziel ist es, einen besonders stabilen und präzisen Frequenzstandard zu schaffen, der langfristig Vorteile gegenüber heutigen Technologien bieten könnte.
Das Forschungsfeld wird international bearbeitet. Neben deutschen Einrichtungen beschäftigen sich auch Labore in China und den USA mit den technischen Voraussetzungen für solche Uhren. Damit wächst der wissenschaftliche Wettbewerb um eine Technologie, die die Genauigkeit künftiger Zeitstandards verbessern könnte.
Dr. Ekkehard Peik, Leiter des Fachbereichs Zeit und Frequenz an der PTB, beschrieb die Entwicklung des Forschungsgebiets in den vergangenen zwei Jahren als eine Phase, in der sich die Arbeit „enorm beschleunigt“ habe.
Bis Kernuhren tatsächlich in der praktischen Zeitmessung eingesetzt werden können, sind allerdings noch mehrere Schritte erforderlich. Die Forschenden müssen geeignete physikalische Übergänge zuverlässig messen, die technischen Systeme stabilisieren und die erreichbare Genauigkeit unter realen Laborbedingungen überprüfen.
Dabei geht es nicht allein um die Frage, welche Uhr die höchste Genauigkeit erreicht. Auch die langfristige Stabilität, die Vergleichbarkeit mit anderen Zeitnormalen und die Möglichkeit einer verlässlichen internationalen Nutzung sind entscheidend.
Was sich ab Mai 2027 konkret ändert
Die Abschaffung der Schaltsekunde markiert einen Wechsel in der internationalen Zeitmessung. An die Stelle gelegentlicher Korrekturen tritt eine UTC, die ohne diese zusätzlichen Sekunden fortgeführt werden soll. Für den Alltag bleibt die Veränderung weitgehend unsichtbar, während technische Fachbereiche ihre langfristigen Berechnungen entsprechend ausrichten müssen.
Die wichtigsten Punkte im Überblick:
- Ab dem 20. Mai 2027 soll die neue Regelung für die koordinierte Weltzeit gelten.
- Die bisherige Einfügung von Schaltsekunden wird beendet.
- Funkuhren müssen deswegen normalerweise weder ausgetauscht noch neu programmiert werden.
- Betreiber technischer Infrastrukturen profitieren von einer einfacheren Verarbeitung der Zeitinformationen.
- Sternwarten und wissenschaftliche Einrichtungen müssen den zunehmenden Unterschied zwischen UTC und Erdrotation weiterhin berücksichtigen.
- Die PTB in Braunschweig forscht parallel an noch präziseren Zeitstandards, darunter der Kernuhr.
Die Entscheidung verändert damit vor allem die technische Organisation der Weltzeit und nicht den Alltag auf der Uhr. Während Funkuhren und Smartphones ihre gewohnte Funktion behalten, wird die langfristige Abstimmung zwischen Atomzeit und astronomischer Zeit zu einer Aufgabe, die ohne die bisherige Schaltsekunde gelöst werden muss.