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Was hat eine Uhr mit einem Atom zu tun?

Haben Sie sich noch nie gefragt, was eine Sekunde ist, bzw. wer sagt, wie lange eine Sekunde eigentlich dauert?

Zu Beginn hat man durch die Messung der Erdrotation versucht einen möglichst genauen Zeittakt zu definieren. Das Ergebnis einer Rotation der Erde um 360 Grad ist: ungefähr 23 Stunden 56 Minuten und 4,09 Sekunden. Wieso ungefähr werden Sie sich jetzt fragen? Durch Schwankungen in der Rotation der Erde, verursacht durch zum Beispiel die Gezeitenkopplung an den Mond und damit verbundene Masseverlagerung (die sich bis hinein ins Erdinnere auswirken), wird die Rotation behindert bzw. abgebremst. Außerdem befinden sich die größeren Landmassen auf der Nordhalbkugel. Es gibt jahreszeitbedingte, unterschiedlich starke Winde auf der Nord- und Südhalbkugel. Die Erde verändert ständig Ihre Form. Im Frühling zum Beispiel durch das Wachsen der Blätter an den Bäumen verlagern sich die Erdmassen weg vom Erdmittelpunkt, im Herbst durch das Herabfallen des Laubes verlagern sie sich wieder näher zum Erdmittelpunkt.

Alle solche Effekte tragen dazu bei, dass die Erde sich unterschiedlich schnell dreht. So dreht sich die Erde Anfang Juni am Langsamsten. Sie geht ungefähr 0.48 Sekunden nach. Nach und nach holt sie diesen Zeitverlust wieder auf und dreht sich dann Anfang Oktober am Schnellsten. Sie geht ungefähr 0,48 Sekunden vor.

Diese Schwankungen sind so verschieden, dass dadurch nur eine Mitteln eines Zeittaktes definiert werden kann. Diese Methode anhand der Erdrotation eine Zeitnormale zu definieren wird auch Erdrotationszeit genannt.

Da ein Tag mit 24 Stunden definiert wurde, kommt es auf Grund dieser Zeitschwankungen zu sogenannten "Schalt"-Sekunden. Dass heisst, bevorzugt am 31. Dezember oder am 30. Juni wird nach Bedarf entweder eine "Schalt"-Sekunde eingefügt oder abgezogen.

Um all diese Schwankungen möglichst klein zu halten und darüber hinaus eine Möglichkeit zu haben, eine genaueste Zeiteinheit bestimmen zu können, ist man dazu übergegangen, den Zeittakt anhand eines Cäsium Atoms zu definieren. Denn wichtig für eine Uhr ist, dass es einen genauesten, definierten Zeittakt gibt, der möglichst gleiche Takte hat. Bei einer Uhr also: Die Definition der Zeittakte einer Sekunde!