Sekunde

Physikalische Einheit
Einheitenname	Sekunde
Einheitenzeichen	$\mathrm {s}$
Physikalische Größe(n)	Zeit, Zeitspanne
Formelzeichen	$t$
Dimension	${\mathsf {T}}$
System	Internationales Einheitensystem, CGS-Einheitensystem
In SI-Einheiten	Basiseinheit
In CGS-Einheiten	Basiseinheit
Benannt nach	lateinisch pars minuta secunda ‚zum zweiten Mal verminderter Teil‘
Siehe auch: Jahr, Monat, Tag, Stunde, Minute

Die Sekunde (verkürzt von lateinisch pars minuta secunda ‚nach der Minute der zum zweiten Mal verminderte Teil [einer Stunde]‘, daher das Sekundenzeichen ″) ist die Basiseinheit der Zeit im internationalen Einheitensystem (SI).[1]

Traditionell ist die Sekunde der 86.400ste Teil (24 · 60 · 60) des mittleren Sonnentages.[2] Um 1900 wurde sie genauer über den mittleren Sterntag (die wahre Rotationsdauer der Erde von 86.164,091 Sekunden) definiert, bzw. als Ephemeridensekunde über die Dauer des tropischen Jahres.

Seit 1967 ist die Sekunde als das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands von Atomen des Nuklids ¹³³Cs entsprechenden Strahlung festgelegt.[3] Sie wird daher auch Atomsekunde genannt.

Definition

Eine Sekunde ist das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids ¹³³Cs entsprechenden Strahlung. [1]

Definitionsgemäß ist die Sekunde also das Vielfache der Periode einer Mikrowelle, die mit einem ausgewählten Niveauübergang im Caesiumatom in Resonanz ist. Daher wird sie als Atomsekunde bezeichnet. Atomuhren basieren auf der Messung dieses Übergangs. Ihre Genauigkeit wurde seit der o.a. Definition um mehr als 4 Zehnerpotenzen auf 10^-15 gesteigert.

Alte Definitionen

Bis 1967 beruhte die Sekunde auf astronomischen Messungen:

Sonnensekunde (bis in die 1950er-Jahre): Der Bruchteil ${\tfrac {1}{86.400}}$ ${\tfrac {1}{86.400}}$ des mittleren Sonnentages.

Diese Festlegung wurde eingeführt, damit ein durchschnittlicher Sonnentag 24 · 60 · 60 Sekunden lang ist. Das entspricht der Zeit, nach der eine fiktive mittlere Sonne wieder an gleicher Stelle steht.
- Beachte: Dieser mittlere Sonnentag ist um 1/365stel länger als die wirkliche Umdrehungsdauer der Erde von 86.164,091 Sekunden. Die Differenz spiegelt die jährliche Erdbahn um die Sonne wider, denn unsere Uhrzeit richtet sich nach dem Sonnenstand und nicht nach den Sternen.
Ephemeridensekunde: Der Bruchteil ${\tfrac {1}{31.556.925{,}9747}}$ des tropischen Jahres am 0. Januar 1900 (= 31. Dezember 1899) um 12 Uhr UT. Er bezieht sich auf das damalige Verhältnis zwischen Jahresdauer und Erdrotation.

Von der alten zur neuen Definition

Um 1885 stellte Karl Friedrich Küstner (Bonner Sternwarte) fest, dass die Rotationsachse der Erde eine Polbewegung von 5-10 Meter durchführt. Genauer wurde dies von R.Schumann (TU Wien) und S.Chandler (Harvard) analysiert und war der erste Hinweis, dass sich auch die Rotationsdauer selbst verändert. Man konnte es aber mit den damals besten Uhren (0,05 Sekunden pro Tag) noch nicht nachweisen.

Dies gelang erst Adolf Scheibe und Udo Adelsberger 1934 an der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt. Nach Ausräumung eigener Bedenken publizierten sie die Ergebnisse 1935 und präzisierten sie durch die von ihnen entwickelte Quarzuhr. Ab etwa 1950 wurde klar, dass die laufend verbesserten Quarzuhren ein besseres Zeitnormal wären als die Erdrotation.

Denn die astronomische Tageslänge verlangsamt sich nicht nur allmählich wegen der Gezeitenreibung, sondern zeigt auch unregelmäßige Änderungen durch Magmaströme zwischen Erdmantel und Erdkern. Durch die Verlangsamung der Erdrotation verschiebt sich der Sonnentag gegenüber einem völlig gleichmäßigen Zeitmaß. Zur Kompensation muss alle 2 bis 5 Jahre eine Schaltsekunde eingefügt werden, um alle Uhren mit dem zwar nur um Sekundenbruchteile, aber länger werdenden Sonnentag zu synchronisieren (siehe die Zeitkorrektion dUT1).

Abgeleitete Maßeinheiten

Auf die Sekunde können SI-Vorsätze angewendet werden. Die Vorsätze mit positivem Exponenten der zugehörigen Zehnerpotenz sind jedoch nicht üblich. Stattdessen werden die von der Sekunde abgeleiteten und nicht zum SI gehörenden Einheiten Minute, Stunde und Tag verwendet. Das sind in Deutschland gesetzliche Maßeinheiten. Gebräuchliche Teile und Vielfache sind:

1 Attosekunde (as)= 0,000 000 000 000 000 001 Sekunden = 10⁻¹⁸ Sekunden
1 Femtosekunde (fs) = 0,000 000 000 000 001 Sekunden = 10⁻¹⁵ Sekunden
1 Pikosekunde (ps) = 0,000 000 000 001 Sekunden = 10⁻¹² Sekunden
1 Nanosekunde (ns) = 1000 Pikosekunden = 0,000 000 001 Sekunden = 10⁻⁹ Sekunden
1 Mikrosekunde (µs) = 1000 Nanosekunden = 0,000 001 Sekunden = 10⁻⁶ Sekunden
1 Millisekunde (ms) = 1000 Mikrosekunden = 0,001 Sekunden = 10⁻³ Sekunden
1 Sekunde = 1000 Millisekunden
1 Minute = 60 Sekunden
1 Stunde = 60 Minuten = 3600 Sekunden
1 Tag = 24 Stunden = 1440 Minuten = 86.400 Sekunden

Erste Uhr mit Sekundenzeiger

Im Jahre 1585 konstruierte der Schweizer Uhrmacher, Instrumentenbauer und Hofastronom Jost Bürgi für den Landgrafen Wilhelm IV. von Hessen in Kassel eine Uhr mit drei Zeigern. Neben den Stunden- und Minutenzeigern baute Bürgi der Uhr einen Sekundenzeiger ein. Mit dieser Uhr konnte erstmals die neue Zeiteinheit Sekunde gemessen werden. Jost Bürgi gilt als eigentlicher Erfinder der Sekunde.[4]

Zehn Sekunden dargestellt mit einer Langzeitbelichtung einer Armbanduhr

Trivia

Mit Einführung des französischen Revolutionskalenders 1792, nochmals gültig während der Zeit der Pariser Kommune, wurde zugleich der jüngste Versuch unternommen, die Zeiteinteilung eines Tages auf das Dezimalsystem umzustellen, d. h. ein Tag wurde in zehn Stunden geteilt, eine Stunde in einhundert Minuten und eine Minute in einhundert Sekunden. Demnach hatte ein Tag nunmehr 100.000 Sekunden gegenüber 86.400 Sekunden herkömmlicher Bestimmung. Für die kleinste Zeiteinheit war diese Dezimalzeit von unmerklicher Auswirkung, da sie lediglich um ca. 15 Prozent kürzer war. Stärker waren die Auswirkungen auf die beiden nächsthöheren Zeiteinheiten (Die Dezimalminute war fast eineinhalb Mal so lang, die Dezimalstunde gar fast zweieinhalb Mal.).

Weblinks

Wiktionary: Sekunde – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wikiquote: Sekunde – Zitate

Einzelnachweise

1 2 Bureau International des Poids et Mesures (Hrsg.): The International System of Units (SI) (PDF).
↑ Verlängertes Wochenende – Artikel bei Heise online, vom 30. Juni 2012 (Abgerufen am: 1. Juli 2012).
↑ Die Geschichte der Zeiteinheit / Die Sekundendefinition von 1967. Arbeitsgruppe 4.41 der PTB. 2003. Abgerufen am 18. Oktober 2013.
↑ Schweizerische Physikalische Gesellschaft.

SI-Basiseinheiten

Vorlage:Link GA

[SI-1] 1 2 Bureau International des Poids et Mesures (Hrsg.): The International System of Units (SI) (PDF).

[2] Verlängertes Wochenende – Artikel bei Heise online, vom 30. Juni 2012 (Abgerufen am: 1. Juli 2012).

[3] Die Geschichte der Zeiteinheit / Die Sekundendefinition von 1967. Arbeitsgruppe 4.41 der PTB. 2003. Abgerufen am 18. Oktober 2013.

[4] Schweizerische Physikalische Gesellschaft.