Wie kann vermieden werden, dass ein Schaltjahr / eine Schaltsekunde benötigt wird?

Was ist angesichts der aktuellen Geschwindigkeit der Erde um die Sonne und der aktuellen Geschwindigkeit und Rotationsachse der beste Weg, um die Zeit zu halten, um ein Schaltjahr zu vermeiden ? Wie viele Stunden sollten wir am Tag und an den Tagen im Jahr haben, um die Dinge im Gleichgewicht zu halten, ohne Tage zum Jahr hinzufügen oder daraus entfernen zu müssen? Wie viele Minuten pro Stunde und Sekunde sollten wir außerdem haben, um eine Schaltsekunde zu vermeiden ?

Schaltjahre gibt es aus zwei Gründen:

• Es gibt keine ganzzahlige Anzahl von Tagen in einem Jahr.
• Die Menschen haben das Bedürfnis, die Jahreszeiten dort beizubehalten, wo sie im Kalender stehen.

Angesichts des oben Gesagten gibt es keine Möglichkeit, Schaltjahre oder ähnliches zu vermeiden. Wenn Sie das Kalenderjahr als eine feste Anzahl von Tagen definieren (z. B. 365 Tage), werden die Jahreszeiten um einen Tag pro vier Jahre verschoben.

Schaltsekunden existieren aus zwei Gründen:

• Die Länge eines Tages, gemessen mit einer Atomuhr, ist nicht konstant.
• Die Menschen haben das Bedürfnis, Mitternacht um Mitternacht, Mittag um Mittag zu halten.

Angesichts des oben Gesagten gibt es keine Möglichkeit, Schaltsekunden oder Ähnliches zu vermeiden. Wenn Sie den Tag als eine feste Anzahl von Atomuhrsekunden definieren (z. B. 86400), stimmen Ihre Uhr und die Sonne am mittleren lokalen Mittag nicht überein, jedoch um einen sehr kleinen Betrag.

Trotzdem gibt es ernsthafte Vorschläge, um Schaltsekunden zu eliminieren. Einige Leute wie diejenigen, die UTC verwenden, um Finanztransaktionen mit einem Zeitstempel zu versehen, mögen sie nicht. Bisher wurden diese Vorschläge abgelehnt. Die Standardantwort ist, dass nicht UTC kaputt ist. Die Verwendung von UTC in einem Kontext, in dem es nicht verwendet werden sollte, ist fehlerhaft. Wenn Sie eine monoton ansteigende Zeitskala benötigen, verwenden Sie stattdessen TAI- oder GPS-Zeit.

Das funktioniert nicht wirklich so, wie Sie denken, zumindest nicht so, wie es für die Gesellschaft überhaupt praktikabel ist. Das Problem ist, dass wir einen Tag definieren, der auf Erdrotationen relativ zur Sonne und einem Jahr als vollständige Umlaufbahn um die Sonne basiert. Wenn Sie die Anzahl der Erdrotationen in einer einzelnen Umlaufbahn finden, ist dies keine Ganzzahl (~ 365,24 Umdrehungen (Tage) in einem Jahr). Um ein Schaltjahr zu vermeiden, müssen Sie den Tag so definieren, dass es eine ganze Zahl von Tagen pro Jahr gibt (dh genau 365 Tage). Das Problem dabei ist, dass Tag und Nacht relativ zu unseren Uhren verschoben werden und nach 2 Jahren Tag und Nacht umgeschaltet werden. Die Länge des Jahres ist ebenfalls variabel und nicht grundlegend. Um diese genaue Beziehung beizubehalten, müssen Sie die Länge des Tages ständig neu definieren.

Die Schaltsekunde hat die gleiche Art von Problem. Wir wollen die Anzahl der Sekunden pro Tag als 86400 Sekunden pro Tag definieren, aber die Erdrotation ist nicht konstant. Damit die Uhren nicht driften, müssen Sie Schaltsekunden hinzufügen.

Wir können Schaltsekunden nicht nur vermeiden, so hat es früher auch funktioniert. Und es gibt ein gängiges neueres System, das auch Schaltsekunden vermeidet.

Vor 1960 wurden Sekunden als 1/86400 eines mittleren Sonnentages definiert. Dann, wenn Schwankungen der Erdrotation dazu führten, dass sie nicht mehr synchron war, konnte ein neuer mittlerer Sonnentag berechnet und durch 86400 dividiert werden. Dabei wurde die Länge der Sekunde in absoluten Zahlen geändert, was zu einer geringfügigen Dehnung oder Schrumpfung führte.

Das war ein Durcheinander, wie Sie sich vorstellen können. Die zweite wurde also als eine bestimmte Anzahl atomarer Schwingungen definiert, die äußerst präzise ausgeführt werden konnten. Anstatt die Sekunde zu verkleinern und zu dehnen, um eine genaue Anzahl von ihnen an einem Tag beizubehalten, halten wir die Sekunde fest und addieren oder subtrahieren eine von der (Ganzzahl-) Zählung, wenn wir anpassen müssen.

Auf diese Weise können Sie das Timing der Erdrotation in etwa mit unserer Uhrzeit synchronisieren. Sie benötigen eine Angabe, indem Sie entweder die Länge der Sekunde ändern und die Anzahl festhalten oder die Länge festhalten und die Anzahl ändern. Für jemanden, der nur ein einfaches Programm schreibt, um beispielsweise die zivilen Sekunden zwischen zwei UTC-Zeitstempeln zu berechnen, war der alte Weg einfacher (eine feste Anzahl von Sekunden zwischen zwei Zeiten ist trivial). Wenn Sie jedoch wissenschaftliche oder technische Berechnungen oder Experimente mit größter Präzision durchführen, ist es BESSER, eine sehr feste Länge von einer Sekunde zu haben, die nicht von Zeit zu Zeit geändert wird - viel schlimmer als die Unannehmlichkeit, Schaltsekunden zu berücksichtigen.

Ein anderer Ansatz ist es jedoch, Schaltsekunden einfach zu ignorieren und die Uhren ununterbrochen laufen zu lassen. So funktioniert die GPS-Zeit - sie begann synchron mit der UTC-Zeit, wurde aber seitdem nicht für die Schaltsekunden angepasst, sodass sie ungefähr eine Viertelminute nicht synchron sind (ich habe einige Zeit nicht eingecheckt). Das ist gut für GPS-Orbitalberechnungen, bei denen Schaltsekunden-Einstellgrenzen überschritten werden. Das GPS-Datenpaket enthält Informationen zum aktuellen Delta zwischen UTC und GPS-Zeit, sodass Sie die Zivilzeit aus der GPS-Zeit berechnen können, sowie eine einige Monate vorhergehende Warnung, wenn eine neue Schaltsekunde hinzugefügt oder weggelassen wird.

Eine andere Antwort schlug vor, Schaltsekunden in die Warteschlange zu stellen und alle zehn Jahre einen Schaltschritt von mehreren Sekunden zu machen. Das vereinfacht Ihre Software nicht wirklich - jetzt müssen Sie Minuten mit z. B. 67 Sekunden pro Jahrzehnt einplanen. Einfacher, mit Schaltsekunden an einem Tisch umzugehen und in der Zwischenzeit nicht einmal eine Sekunde zu verlieren. (Der Standard erlaubt es ihnen übrigens, hinzuzufügen oder wegzulassen - Sie könnten eine 59-Sekunden-Minute oder eine 61-Sekunden-Minute haben, wenn Sie eine Anpassung benötigen. Es ist im Allgemeinen die letztere.

Oh, noch eine Lösung. Die Organisation, die all dies wirklich verfolgte, hieß International Earth Rotation Service und wurde später in International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) umbenannt . Stellen Sie sich das Chaos vor, wenn sie nicht mehr finanziert werden und sich die Erde nicht mehr dreht. Wie dem auch sei, ich nehme an, Sie könnten sie einfach bitten, ihn gleichmäßiger zu drehen. :-)

Ich bin ein Software-Ingenieur und kann mit Schaltsekunden über das Problem sprechen.

Sie sind unvorhersehbar. Sie wissen nicht weit im Voraus, ob Sie eine haben werden. Code, der sich um die genaue Anzahl von Sekunden kümmert, benötigt eine Aktualisierung oder einen Feed, um weiterhin korrekt zu funktionieren.

Dies ist auch ein Schritt, der die Komplexität erhöht. Sie müssen eine Minute einplanen, die 61 Sekunden enthält.

Für die erste Ausgabe wäre ein Kompromiss, der eine vernünftige Verfolgung zwischen der Erdrotation und der Tageszeit gewährleistet, eine lockerere Toleranz zuzulassen. Anstatt innerhalb einer Sekunde zu sein, korrigieren Sie es alle 10 Jahre planmäßig. Die Software muss sich nicht um Probleme von Jahr zu Jahr kümmern, und die Uhr bleibt 7 Sekunden (oder ± 4, wenn Sie vorausspringen) auf true.

Da wir bereits Zeitzonen haben, ist die Sonne ohnehin nicht genau um Mitternacht, sondern eine halbe Stunde vor oder hinter ihr. Astronomen benötigen bereits eine spezielle Offsetuhr.