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Atomzeit und Atomuhr

Atomuhr - Was ist das?

CS-Atomuhren sind heute die genauesten Uhren der Welt. Anhand eines  Cäsuimatoms kann ein Zeittakt festgelegt werden, welcher nur eine Ungenauigkeit kleiner  als 5 x 10-12 besitzt. Das Cäsiumatom kann, wie alle Atome, in zwei
Energiezuständen vorkommen, nämlich (+) und (-). Der ständige Wechsel des Energiezustandes dieses Cäsiumatoms kann durch elektronische Strahlung mit einer charakteristischen Frequenz erzwungen werden. Die Frequenz des Cäsiumatoms liegt bei einen Wert von 9.192.631.770 Hz. Das bedeutet, innerhalb einer Sekunde wechselt das Cäsiumatom seinen Energiezustand  9.192.631.770 mal. Diese Schwingdauer eines Cäsiumatoms ist zeitlich konstanter als das Schwingen eines Pendels oder die Schwingfrequenz eines Quarzes oder die Periodendauer der Erdrotation. Mehrere dieser Atomuhren werden in Braunschweig von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt betrieben.
Von diesen Uhren können wir über Satelit oder per Empfang des Langwellensenders DCF77 oder über den Telefondienst eine genaue Zeitinformation bekommen. Die gesetzliche Zeit in Deutschland wird maßgeblich von diesen Systemen bestimmt.

Zitat der PTB:

Die Hyperfeinstruktur-Übertragungsfrequenz im Grundzustand des Cäsiumatoms ermöglicht eine sehr genaue und einheitliche Zeitmessung. Sie hat eine Ungenauigkeit kleiner als 5 x 10-12. Das Frequenznormal der PTB hat eine Ungenauigkeit von sogar weniger als 0.65 x 10-14. Eine Sekunde ist folgendermaßen definiert: Die Sekunde ist das 9.192.631.770fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hybridfeinstrukturenniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133 Cs entsprechenden Strahlung.


Atomuhr und Schaltsekunde: Wann und warum?

Bis 1956 wurde die Weltzeitsekunde noch von der Rotation der Erde um ihre Achse definiert. Aber geologische Untersuchungen haben ergeben, daß durch die Gezeiten Ebbe und Flut die Erdrotation abgebremst wird. Das bedeutet, das die Tageslänge und somit auch die Weltzeitsekunde großen Schwankungen ausgesetzt ist. Seit 1956 versuchte man durch die Mittlung der Weltzeitsekunde im Zeitraum von 1700 bis 1900, eine genauere Ephemeridensekunde. Seit 1967 beruht die gesetzliche Zeit auf der Definition der Atomsekunde. Diese Atomsekunde wird wie oben beschrieben von sehr genauen Cäsium-Atomuhren realisiert.

Die Schwankungen der Erdrotation werden durch sog. Schaltsekunden aufgefangen, damit die Definition eines Tages mit 24 Stunden und eines Jahres mit 365 Tagen nicht voneinander abweichen. Ist die Erdrotation gebremst, so kann es innerhalb eines Jahres zu einer Schaltsekunde kommen. Dreht sie sich hingegen sehr schnell, so muß man erst alle 1,5 bis 2 Jahre eine Schaltsekunde einfügen.