Die Zeit

Dieser Artikel behandelt das Thema Zeit für Seglerinnen und Segler für Navigation und Funk und erklärt die Hintergründe.

In der Seefahrt spielt Zeit gewissermaßen eine wichtige und unwichtige Rolle gleichzeitig. Zum einen benötigt man sie für die Navigation, insbesondere bei der Astronavigation. Die Seefahrt ist international und nicht jede Station mit der man Funkkontakt hat, benutzt auch die gleiche Zeit. Zum anderen ist die Seefahrt etwas langsames. So langsam, dass man viel Zeit benötigt, oder so, dass sie gar keine Rolle spielt.

Bei Ausbildungstörns ist das natürlich auch ein Thema. Erfahrungsgemäß gibt es mit Zeiten, Zonen, UTC, Sommerzeit, usw. mehr Schwierigkeiten, als man denkt.

Die Geschichte der Zeit

Aristoteles. Quelle: Wikipedia.
Aristoteles. Quelle: Wikipedia.

Schon in der Antike waren die Menschen fasziniert von der Zeit. Bereits Aristoteles hat sich als Philosoph damit auseinandergesetzt und die Frage gestellt, was Zeit eigentlich ist. Ist Zeit ewig? Und was war davor und danach? Seither hat man im wissenschaftlichen Bereich die Zeit im Wesentlichen als etwas Konstantes, ewig Anhaltendes betrachtet, ein längerfristig genaue Messmethode gab es jedoch nicht. Erst im Jahr 1713 gelang es John Harrison eine entsprechende Uhr zu bauen, die H1, die auch schiffstauglich war, wodurch zum ersten Mal die Längengradberechnung mittels Sextant brauchbare Ergebnisse lieferte. Die Konstanz der Zeit wurde jedoch nicht hinterfragt, bis Albert Einstein im Jahr 1905 sein Paper „Zur Elektrodynamik bewegter Körper“, das die spezielle Relativitätstheorie (SRT) begründete, und 10 Jahre später, 1915, die allgemeine Relativitätstheorie (ART) veröffentlichte. Diese hatten einige gravierende Auswirkungen auf das bis dahin geltende Grundverständnis geltender Naturgesetze, u.a., dass die Zeit nicht, wie ursprünglich angenommen, eine im ganzen Universum geltende Konstante ist.

Eine genauere Behandlung würde den Rahmen hier jedoch deutlich sprengen und ist für die Seefahrerin bzw. den Seefahrer auch nicht von weiterer Bedeutung. Dem interessierten Leser sei an dieser Stelle jedoch weiterführend Professor Richard Wolfson’s exzellentes Hörbuch »Einstein’s Relativity and the Quantum Revolution: Modern Physics for Non-Scientists, 2nd Edition« oder der weltberühmte Bestseller »A Brief History of Time« von Professor Steven Hawking empfohlen.

Zeit und Erdrotation

Sonnenzeit, Sternzeit. Quelle: Wikipedia.
Sonnenzeit, Sternzeit. Quelle: Wikipedia.

Die Uhrzeit auf der Erde richtet sich nach der Erdrotation. Anders als man vielleicht annehmen möchte, funktioniert das Universum nicht exakt wie ein Uhrwerk. Die Erdrotation ist nicht 100% konstant, darüber hinaus verlangsamt sie sich aufgrund von Gezeitenkräften.1

Grundlage der Erdzeit ist die sog. Universal Time UT, welche die mittlere Sonnenzeit darstellt. Sonnenzeit deshalb, weil sie sich nach der Sonne, d.h. Tag und Nacht richtet. Sie wird durch Messungen ermittelt, vom Sonnenhöchststand bis zum Höchststand des nächsten Tages, gemittelt übers Jahr. Es wurde definiert, dass ein Sonnentag 24 Stunden, oder umgerechnet  86 400 Sekunden hat.

Der mittlere Sonnentag unter Berücksichtigung von Erdrotation und Erdumlaufbahn dauert exakt 24 Stunden.

Diese Messung der Sonne ist allerdings nicht sehr einfach (s. auch unten Zeitgleichung) und es müssen weitere Korrekturen angebracht werden (z.B. dass die Erdachse etwas taumelt). Diese Zeit ist die Grundlage der Tageszeit auf der Erde und wird als UT1 bezeichnet. Sie ist für den Null-Meridian definiert.

Nimmt man nun an, dass ein Tag konstant 24 Stunden hat, die absolute Dauer eines Tages aber aufgrund von Änderungen der Erdrotation2 nicht immer gleich lang ist, hätte das zur Folge, dass die absolute Dauer einer Sekunde daher auch nicht konstant ist.

Das wäre recht unpraktisch. Darüber hinaus wurde die Sekunde als SI-Einheit definiert und dafür eine absolute Zeitdauer mithilfe der Resonanzfrequenz des Cäsium-Atoms festgelegt.

Atomzeit und UTC

Deshalb wird die weltweit gültige Zeit mit konstanter Sekundenlänge mittels Atomuhr gemessen. Das ist die International Atomic Time, TAI. Da diese Zeit aber im Verhältnis zur UT1 auseinander driftet, wird von der TAI eine Zeit abgeleitet, die mithilfe von Schaltsekunden regelmäßig an die UT1 angepasst wird. Sie wird somit mit der UT1 „koordiniert“. Aus diesem Grund wird diese als koordinierte Weltzeit, oder Coordinated Universal Time, UTC, bezeichnet. Schaltsekunden werden so eingefügt, dass die Abweichung zwischen UTC und UT1 nie größer als 0,9 Sekunden ist.3

UTC ist eine auf der gesamten Erde geltende einheitliche Zeit und die in der Praxis für alles geltende Grundlage. Sie ist von ihrem absoluten Wert auf den Null-Meridian ausgerichtet, d.h. befindet man sich exakt auf 000° Länge, so ist um 12:00 UTC Sonnenhöchststand (s. auch unten Zeitgleichung). UTC ist immer gleich, egal wo auf der Erde man sich befindet. Das bedeutet somit folgendes:

UTC ist eine mittels Atomuhr exakt definierte Zeit, die an die mittlere Sonnenzeit (und somit die Erdrotation) angepasst ist.

Sie gilt auch für sämtliche moderne nautische Literatur mit Zeitbezug, z.B. Funkzeiten, Gezeitenhandbücher oder nautische Almanacs für die Astronavigation. Letzteres ist offensichtlich, da sich sowohl Gezeiten als auch die Bewegung der Himmelsobjekte (von der Erde aus beobachtet) nach der Erdrotation richten und dementsprechend eine an die Erdrotation angepasste Zeit notwendig ist.

Speziell beim Funk wird gerne mit Abkürzungen gearbeitet. Es wird UTC mit Z abgekürzt. Liest man irgendwo (z.B. in einer NAVTEX-Nachricht) 0042Z,4 so ist 0042 UTC gemeint. „Z“ ist im internationalen Buchstabieralphabet mit „Zulu“ benannt, weshalb UTC auch als „Zulu time“ bezeichnet wird.

Zeit in der Astronomie

In der Astronomie ist vor allem für langfristige und exakte Berechnungen in die Zukunft, sowie die Vergangenheit, eine Zeit mit unvorhersehbaren Änderungen nicht sonderlich brauchbar. Deshalb wurde die Ephemeridenzeit, ET, definiert, die sich nach der wesentliche genaueren, d.h. konstanteren Umlaufzeit der Erde um die Sonne (das sog. tropische Jahr) richtet. Heute wird dafür jedoch eine linear kontinuierliche Atomzeit, die sog. dynamische Zeit TD, auch TDT (Terrestrial Dynamic Time), oder auch TT, verwendet, die an die ET gekoppelt ist (ähnlich wie bei UTC und UT1). Sie ist praktisch ident mit der TAI, jedoch hat man zur früher verwendeten ET aus Kompatibilitätsgründen eine Differenz von 32 184 Sekunden eingefügt.

    \[TDT = TAI + 32\,184\]

    \[UTC = TAI + \text{Schaltsekunden}\]

Albert Einstein. Quelle: Wikipedia.
Albert Einstein. Quelle: Wikipedia.

Da sich die Erde bewegt und im Gravitationsfeld des Sonnensystems befindet, kommt es zum relativistischen Effekt der Zeitdilatation. Dieser wird in der Astronomie für viele Berechnungen kompensiert woraus die sog. Barycentric Dynamic Time, TDB, entsteht. Sie ist um die durch die Relativitätstheorie verursachte Zeitverzerrung bereinigte Zeit. Der Fehler zur TDT liegt bei bis zu 0,0017 Sekunden.5

Die Abweichung zwischen TDT und UT1 liegt im Sekunden bis Minutenbereich. Sie lag im Jahr 1998 bei 63 Sekunden.

Als kleine Anmerkung sei hier erwähnt, dass GPS nur unter Berücksichtigung der Relativitätstheorie funktioniert. Das Timing muss so exakt sein, dass die durch die Bewegung der Satelliten und die dort herrschende Gravitation bereits eine Zeitdilatation in einer bemerkbaren Größenordnung hervorrufen.6

Zeitgleichung

Zeitgleichung. Quelle: Wikipedia.
Zeitgleichung. Quelle: Wikipedia.

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei UT1 und somit auch UTC um die mittlere tägliche Sonnenzeit im Jahresmittel. Befindet man sich am 0-Meridian7 wird man aber feststellen, dass der tatsächliche Sonnenmittag nicht immer um 12:00 Uhr ist, sondern im Laufe des Jahres um bis zu 16 Minuten in beide Richtungen schwankt. Die Ursachen dafür sind, dass sich die Erde nicht nur um sich selbst dreht, sondern sich auch auf einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne befindet (die Ekliptik), und die Erdachse zu dieser geneigt ist. Die Bahngeschwindigkeit auf einer elliptischen Umlaufbahn ist nach Keplers Gesetzen nicht konstant, sondern ändern sich je nach Abstand zum Zentralgestirn (Sonne). Die sich darauf ergebende Zeitdifferenz zwischen der Eigenrotation der Erde und dem tatsächlichen Sonnenmittag wird als Zeitgleichung bezeichnet.

In einem nautischen Almanac kann man den täglichen Meridiandurchgang (Meridian Passage) der Sonne (und andere Himmelsobjekte) ablesen. Beim Meridiandurchgang findet die Kulmination statt, das ist der Höchststand des Himmelsobjekts. Im Fall der Sonne ist das der sog. wahre Mittag. Am 25. September 2018 ist das z.B. um 11:51 Uhr und eben nicht um 12:00.

Tägliche Uhrzeit und Zeitzonen

Zeitzonen. Quelle: Wikipedia.
Zeitzonen. Quelle: Wikipedia.

Eigentlich würde es genügen, wenn man weltweit eine Zeit, nämlich UTC, hätte. Die Menschen sind aber daran gewöhnt, dass es zu Mittag, d.h. wenn die Sonne ihren Höchststand (die sog. Kulmination) hat, 12 Uhr ist. Aufgrund der geografischen Lage in Bezug auf den Längengrad ist Mittag aber immer zu einer anderen Zeit in Bezug auf UTC. 12:00 UTC ist nur entlang des 0-Meridian auch gleichzeitig Sonnenmittag, z.B. in England. Hier in Mitteleuropa, Österreich, Deutschland, Kroatien, usw., ist Mittag bereits um 11:00 UTC, und in Griechenland und der Türkei bereits um 10:00 UTC, weil diese weiter östlich liegen.

Deshalb hat man Zeitzonen definiert, in denen die dort gültige, lokale Zeit in Bezug auf UTC verschoben wird, damit Mittag wieder um 12:00 Uhr ist. Die Größe einer Zeitzone ist 15 Längengrade. Das ergibt sich daraus, dass eine Erdumdrehung 24 Stunden dauert, und dieser Vollkreis gleichzeitig aus 360° (180° Ost und 180° West) besteht. Die Erde dreht sich daher in einer Stunde um 15° (= \frac{360}{24}). Die Drehrichtung der Erde läuft gegen den Uhrzeigersinn, wenn man auf oben, also auf den Nordpol, auf die Erde blickt, deshalb geht die Sonne um Osten auf.

Eine Zeitzone ist 15° breit, die darin geltende Zonenzeit (ZZ), wird aber sinnvollerweise vom Gesetzgeber an Landesgrenzen angepasst und heißt dann gesetzliche Zeit (GZ). Die Zeitzone rund um den 0-Meridian, von 7,5° West bis 7,5° Ost heißt mittlere Greenwich Zeit (MGZ), die nächste östliche Zeitzone von 7,5° Ost bis 22,5° Ost heißt Mitteleuropäische Zeit (MEZ), usw.

Alle Zeitzonen beziehen sich auf UTC und werden auch so definiert. MEZ ist die Zone UTC+1, d.h. man muss 1 Stunde zur UTC addieren, um MEZ zu erhalten. Um 0042 UTC ist es daher in der MEZ bereits 0142. Die Central Standard Time (CST in den USA) ist die Zone UTC-6. Um 0042 UTC ist es in der CST daher erst 1842 des Vortages.

Der Gesetzgeber kann grundsätzlich jede beliebe Zeit definieren. Daher findet in Mitteleuropa zusätzlich jährlich zwischen April und Oktober eine Zeitumstellung auf Sommerzeit statt,8 die eine weitere Stunde zur UTC addiert. D.h. in den Monaten April bis Oktober gilt MEZ = UTC+2.

Zeitzonen in Europa

Die folgenden Zeitzonen (mit ihren deutschen Bezeichnungen) existieren in Europa. Sommerzeit ist dabei nicht berücksichtigt!

Westeuropäische Zeit, bzw. mittlere Greenwichzeit (IS, UK, IE, PT) WEZ UTC+0
Mitteleuropäische Zeit
(AT, DE, ES, FR, HR, IT, PL, NO, SE,…)
MEZ UTC+1
Osteuropäische Zeit
(GR, TR, FI, EE, LT, LV,…)
OEZ UTC+2
Moskauer Zeit MSK UTC+3

Datumsgrenze

Um 1200 UTC ist am ganzen Planeten dasselbe Datum. Wie bereits beschrieben beträgt der Zeitunterschied je 15 Längengrade eine Stunde. Um 1200 UTC ist es auf 015°E daher 1300 Uhr Zonenzeit (ZZ), auf 030°E 1400 Uhr ZZ, hingegen auf 015°W ist es 11 Uhr ZZ, um 030°W 10 Uhr ZZ, usw.

Auf 180°E ist es daher 2400 Uhr, d.h. der Tag ist am Ende, wohingegen es auf 180°W 0000 Uhr desselben Tages ist, d.h. er beginnt gerade. 180°E und 180°W sind aber tatsächlich derselbe Meridian, er ist daher als Datumsgrenze definiert worden. Überquert man diese Meridian auf einem westlichen Kurs, also von 180°W auf 180°E muss man das Datum um einen Tag weiter stellen, umgekehrt bei einem östlichen Kurs.

Genauso wie bei allen anderen Zeitzonen, wurde diese Datumsgrenze allerdings von den Staaten dort entsprechend an Landesgrenzen verlegt.

Zeiten für die Astronavigation

In der Astronavigation sind noch verschiedene weitere Zeiten von Bedeutung. Genauer gesagt wird eigentlich immer in UTC gerechnet, ein Verständnis der weitere Zeiten, die aus der Astronomie her rühren erleichtern einem jedoch das Verständnis der Zusammenhänge.

Die Sternzeit

Enterprise. Quelle: Wikipedia.
Enterprise. Quelle: Wikipedia.

Diese Zeit fasziniert nicht nur Star-Trek-Fans, sondern auch die Freunde der Astronomie und Astronavigation.

Erde, Sonne, Mond und Planeten bewegen sich zueinander relativ rasch und sie sind sich gegenseitig verhältnismäßig nahe. Die Sterne sind verglichen mit unserem Sonnensystem „unendlich“ weit weg. So weit, dass es auch keine Rolle spielt, an welcher Position der Umlaufbahn sich die Erde gerade befindet. Sie können damit für Seefahrerinnen und Seefahrer tatsächlich wie eine fixe Tapete im Hintergrund am Firmament betrachtet werden.

Im Laufe einer Erdumdrehung wandern alle Sterne einmal vorbei, bis es wieder von vorne beginnt. Misst man diese Zeit von einem definiertem Punkt, dem sog. Frühlingspunkt9, so stellt man fest dass das genau 23h56m04s sind. Der Unterschied zur Sonnenzeit kommt daher, dass sich die Bewegung auf der Erdumlaufbahn aufgrund der großen Distanz zum Gestirn (oder Frühlingspunkt) nicht auswirkt.

Die Sternzeit gibt an, wo (auf welcher Länge) in Bezug auf die Erdrotation sich der Frühlingspunkt befindet. Von dort aus kann man dann mit fixen Tabellen (z.B. nautischer Almanac) einfach auf die Position (Länge) aller anderen Sterne schließen, da sich diese inklusive Frühlingspunkt nicht (merklich) zueinander bewegen.

Wahre und mittlere Ortszeit

Wie bereits beschrieben richtet sich unsere Uhrzeit nach der Sonnen, weshalb sie auch Sonnenzeit heißt.

Nehmen wir an, wir befinden uns irgendwo auf einer einsamen Insel. Wir haben ein Uhr, diese stimmt jedoch nicht. Also beobachten wir die Sonne und genau in dem Moment, wo sie am höchsten steht, stellen wir die Uhr auf exakt 12 Uhr. Das ist die wahre Ortszeit.

Wir kontrollieren den Stand unserer Uhr täglich und stellen fest, dass sich die Mittagszeit im Laufe des Jahres ändert und notieren die täglichen Differenzen. Das Ergebnis ist die Zeitgleichung (s. oben). Anhand dieser Aufzeichnungen können wir nun unsere Uhr auf einen allgemein gültigen Mittelwert einstellen. Das ist die mittlere Ortszeit (MOZ).

Gedankenbeispiel

Durch einen Zufall wird der verlassene Rumpf eines Schiffes an der Küste angespült. Darin finden wir eine noch funktionierende Uhr, die der Beschriftung nach auf UTC eingestellt ist. Wir vergleichen die Zeit mit unserer Uhr und stellen fest, dass es auf unserer bereits um 5h10m04s später ist. Wir hatten ein ganzes Jahr Zeit, die Sonne zu beobachten, weshalb wir den Breitengrad auf 38°43′ S schätzen. Wo sind wir?

Begriffe Englisch und Deutsch

International betrachtet haben die deutschen Ausdrücke und Abkürzungen wenig Bedeutung, deshalb ist hier eine Übersetzungstabelle.

Mitteleuropäische Zeit MEZ Central European Time CET
Osteuropäische Zeit OEZ Eastern European Time EET
Mittlere Greenwichzeit MGZ Greenwich Mean Time GMT
gesetzliche Zeit GZ standard time ST
wahre Ortszeit WOZ local apparent time
mittlere Ortszeit MOZ local mean time LMT
Sternzeit siderial time
Zeitzone time zone
Sommerzeit daylight saving time DST

 

  1. Vor 400 Millionen Jahren hatte das Jahr deshalb noch 400 Tage (Knopp, S. 40).
  2. Diese Änderungen lassen sich nicht exakt vorhersagen, weshalb sie beobachtet werden.
  3. Helmut Knopp, „Astronomische Navigation“. 2. Auflage. Busse-Seewald, 1996.
  4. Nach dem International Code of Signals muss das Z vorangestellt werden: Z0042.
  5. Jean Meeus, „Astronomical Algorithms. 2nd Edition. Willmann-Bell 1998.
  6. Richard W. Pogge, “Real-World Relativity: The GPS Navigation System”. 2017.
  7. Das gilt natürlich nicht nur für den 0-Meridian, sondern alle Orte mit entsprechend angepasster Orstzeit.
  8. Im September 2018 wurde der EU -Kommission eine Richtlinie zur Abschaffung der Sommerzeit vorgelegt. Seither wurde in den Medien und vielen Internetforen darüber diskutiert, wobei immer wieder der Begriff „Normalzeit“ als Bezeichnung für die Winterzeit benutzt wurde. Wie aus diesem Artikel bereits hervorgegangen ist, ist es nicht möglich eine bestimmte Zeit als die Normale zu betrachten. Der Begriff „Normalzeit“ existiert nicht in der Fachliteratur. Es ist in jedem Fall aber die gesetzliche Zeit, egal ob Sommer oder Winter und die Zonenzeit, nach obiger Definition.
  9. Dieser Fixpunkt ist der sog. Frühlingspunkt, Aries, seltener auch Widderpunkt genannt. Er ist definiert als Schnittpunkt zwischen Himmelsäquator und Ekliptik und befindet sich derzeit im Sternzeichen Fische.

2 Gedanken zu „Die Zeit“

  1. Super Artikel!

    Ich sitze hier gemütlich auf Île Saint-Paul und lese 🙂

    Minimale Anmerkung: Im Absatz Datumsgrenze müsste es 180 Grad W 0000 Uhr heißen (nicht E)

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