Schon seit Jahrtausenden ist die Erdrotation die Grundlage für die Länge eines 24-Stundentages – und damit auch der Zeitmessung. Doch für unsere moderne Zivilisation ist dies nicht genau genug. Unsere koordinierte Weltzeit (UTC) beruht daher auf dem „Ticken“ von mehr als 600 weltweit vernetzten Atomuhren. Sie geben den Takt der Sekunden vor. Doch im Gegensatz zu den Atomuhren bleibt die Erdrotation nicht immer gleich. Gezeitenkräfte zwischen Erde und Mond, Strömungen im Erdkern, aber auch der Klimawandel oder Erdbeben können die Tageslänge verkürzen oder verlängern.
Schaltsekunden und ihre Folgen
Damit Atomzeit und „Erdzeit“ nicht zu stark auseinanderlaufen, wurden bisher immer dann Schaltsekunden eingefügt, wenn beide Zeitsysteme mehr als 0,9 Sekunden auseinanderlagen. Dies beruht auf einem Beschluss der Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM), einem internationalen Gremium, das die globalen Standards für Messsysteme festlegt. Weil sich die Erdrotation im langfristigen Trend verlangsamt, wurden seit 1972 insgesamt schon 27 Schaltsekunden eingefügt – die letzte an Silvester 2016.
Die internationale Weltzeit beruht auf Messungen mit Atomuhren, darunter auch diesen vier Cäsium-Atomuhren der PTB in Braunschweig. — © Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)/ CC-by 4.0
Für uns sind solche Schaltsekunden nicht weiter spürbar, aber für die Technik können sie zum Problem werden. 2012 gab es beispielsweise einige Computersysteme, die nicht damit klarkamen, dass die letzte Minute vor Mitternacht plötzlich 61 Sekunden statt der üblichen 60 hatte. Als Folge stürzten die Server ab – unter anderem von den Plattformen Reddit und LinkedIn, auch bei der australischen Fluggesellschaft Qantas gab es computerdingte Verspätungen.
Warum eine negative Schaltsekunde noch schlimmer wäre
Doch seit 2016 zeichnet sich ein neues Problem ab, denn unser Planet nimmt Fahrt auf: Die Erdrotation wird schneller, wie astronomische Messungen zeigen. Dadurch sind die Tage inzwischen oft kürzer als die der Atomzeit entsprechenden 86.400 Sekunden. Im Jahr 2020 lagen diese Abweichungen an mehreren Tagen bei mehr als einer Millisekunde. Setzt sich dieser Trend fort und die Abweichungen summieren sich, könnte Berechnungen zufolge im Jahr 2035 eine negative Schaltsekunde nötig werden – zum allerersten Mal überhaupt.
„Wir gehen davon aus, dass eine negative Schaltsekunde ein hohes Risiko für Anomalien und Störungen in kritischen Infrastrukturen birgt, die darauf weitgehend unvorbereitet sind“, erklärt die Generalkonferenz für Maß und Gewicht in ihrem neuesten Beschluss. „Die zunehmende Bedeutung von Internet-of-Things-Technologien, verteilten Multisensorsystemen, intelligenten Stromnetzen und virtuellen Diensten birgt ein zunehmendes Risiko bei der Einfügung einer Schaltsekunde, insbesondere einer negativen.“
Hinzu kommt, dass die nötigen Anpassungen der Computersysteme teuer wären: „Die notwendigen Vorbereitungen würden für Branchen, die auf Zeitsynchronisation angewiesen sind, Investitionen in einer ähnlichen Größenordnung erfordern, wie die Vorbereitungen auf das Jahr-2000-Problem“, so die CGPM. Um technische Probleme und hohe Kosten zu vermeiden, hatten schon in den letzten Jahren mehrere internationale Organisationen aus Telekommuniukation und Technik beantragt, die Synchronisierung von Atomzeit und Weltzeit zu lockern.
Ab 2027 nur noch Schaltstunden statt Schaltsekunden
Am 15. Oktober 2026 ist nun die Entscheidung gefallen: Die 69 Delegierten der Generalkonferenz stimmten dafür, die Schaltsekundenregelung aufzuheben. Ab dem 20. Mai 2027 muss die koordinierte Weltzeit (UTC) demnach nicht mehr bis auf eine Sekunde genau mit der Erdrotation synchronisiert sein. Stattdessen darf die Weltzeit um bis zu 3600 Sekunden - eine Stunde – von der planetaren Tageslänge abweichen.
Das bedeutet: Erst wenn eine einstündige Abweichung zwischen UTC und Erdrotation erreicht ist, muss nachjustiert werden. Dann wird gleich eine ganze Schaltstunde eingefügt – oder weggelassen. „Dies gewährleistet die langfristige Kontinuität der koordinierten Weltzeit über mehrere Jahrhunderte“, erklärt die CGPM. Aktuellen Schätzungen zufolge könnte es tausend Jahre dauern, bis eine solche Schaltstunde nötig wird.
Und noch einen Vorteil hat die neue Regelung: Die Computer sind es längst gewohnt, die Uhr eine Stunde vor oder zurückzustellen – das passiert jedes Jahr zweimal bei der Umstellung auf die Sommerzeit und wieder zurück. Die nötigen technischen Anpassungen existieren daher schon.
Folgen auch für Astronomie und Geodäsie
Doch es gibt auch Nachteile – unter anderem für einige Bereiche der Wissenschaft. Astronomen beispielsweise müssen ihre Messungen präzise mit der Erdrotation abgleichen. Ähnliches gilt für einige Satellitenanwendungen. Auch in der Geodäsie muss die Erdrotation berücksichtigt werden, wenn Forschende beispielsweise die Form, Größe und das Gravitationsfeld der Erde vermessen. Wenn nun in Zukunft die Weltzeit stärker von der Erddrehung abweicht, reicht es daher nicht mehr, die Weltzeit als Referenz zu nutzen.
Als Alternative können diese Fachdisziplinen aber weiterhin die Messwerte des International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) nutzen. Dieser Dienst überwacht die Erdrotation und liefert hochgenaue Referenzwerte dafür. Als Basis dienen astronomische Messungen, bei denen Instrumente Quasare und andere Fixpunkte am Himmel anpeilen. Zusätzlich messen Forschende die Erdrotation auch mithilfe sogenannter Sagnac-Interferometer. In diesen verraten Phasenverschiebungen von zwei entgegengesetzt im Kreis laufenden Laserstrahlen, wie schnell sich die Erde dreht.
Quelle: Bureau international des poids et mesures (BIPM)
