25. Oktober 2024, 15:53 Uhr | Lesezeit: 5 Minuten
Zweimal im Jahr kommt es zur Zeitumstellung auch in Deutschland. Aber wie geht diese technisch vonstatten? TECHBOOK erklärt es.
Es ist wieder so weit, in der Nacht vom 26. auf den 27. Oktober 2024 um 3 Uhr werden die Uhrzeiger um eine Stunde zurückgestellt und die Winterzeit beginnt. Diesen Wechsel empfinden Menschen stets als angenehmer, weil man gefühlt etwas mehr Zeit gewinnt und nicht, wie bei der Sommerzeit, verliert. Dennoch ist die Zeitumstellung ein leidliches Thema und viele könnten gut auf sie verzichten. Nicht alle Uhren und Systeme stellen sich automatisch um, sodass man händisch nachhelfen muss. Aber wie funktioniert die Zeitumstellung technisch eigentlich?
Übersicht
PTB für Zeitumstellung in Deutschland verantwortlich
Wie kommt es eigentlich zur Zeitumstellung auf unseren Uhren? Natürlich müssen Eigentümer etwa von klassischen Uhren, ob daheim oder am Handgelenk, den Zeiger händisch vor- oder zurückdrehen. Auch bei Geräten, die nicht mit dem Internet verbunden sind, muss man oft händisch nachhelfen – man denke beispielsweise an den Küchenherd oder Thermostate. Bei vernetzten Geräten wie Smartphones, Fernseher oder Computer geschieht dies jedoch automatisch.
Geht es um die Zeit in Deutschland, führt kein Weg an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) vorbei. Diese ist das nationale Metrologieinstitut der Bundesrepublik Deutschland und mit einer Vielzahl an wichtigen und zum Teil hoheitlichen Aufgaben betraut, die in rund 20 Gesetzen beschrieben sind. Dazu gehört auch das Einheiten- und Zeitgesetz, in dessen Rahmen die PTB speziell für die Verbreitung der gesetzlichen Zeit hierzulande verantwortlich ist.
Die deutsche Zeit richtet sich nach Atomuhren
Um ihre Aufgabe wahrnehmen zu können, betreibt die PTB eigenen Angaben zufolge vier primäre Caesium-Atomuhren. Von diesen Exemplaren stehen wiederum die zwei Caesium-Fontäneuhren (CSF1 und CSF2) im Mittelpunkt. Hierbei handelt es sich um eine jüngere Entwicklung aus Mitte der 90er-Jahre, die viel genauer ist als die bis dato eingesetzten Atomuhren. Bei der zweiten, erst später hergestellten Fontäneuhr handelt es sich um eine Verbesserung, die sogar noch präziser läuft.
Das läuft in den Caesium-Fontäneuhren ab
Wie der Name schon sagt, steht das chemische Element Caesium im Mittelpunkt. Von diesem kommen lasergekühlte Atome zum Einsatz, die im Vakuum einen Meter hochgeschossen werden – das ähnelt Tropfen in einer Wasserfontäne, wodurch der Name „Fontäneuhr“ entstand.
Auf ihrer Flugbahn passieren die Atome einen sogenannten Hohlraumresonator, in dem sie bestrahlt werden. Von der Frequenz des Mikrowellenfeldes abhängig ändert sich dann die Besetzungsverteilung der zwei energetisch tiefsten Zustände der Caesiumatome. Anders ausgedrückt: Die Atome wechseln zwischen zwei Energiezuständen hin und her und diese Schwingen bilden die Grundlage für die Zeitmessung.
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Diese Besetzungsverteilung messen die Experten der PTB, wobei man die Mikrowellenfrequenz stabilisiert. Anders als in anderen Atomuhren sind hier die Atome deutlich langsamer unterwegs und verfügen praktisch über die gleiche Geschwindigkeit. Dadurch kann man sie etwa 50-mal länger bestrahlen und damit viel genauere Messungen anstellen.
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Auch Atomuhren weichen voneinander ab
Bei CSF1 und CSF2 müssen die Verantwortlichen noch die „relativen Unsicherheiten“ abschätzen. Im Laufe eines Jahres kann es bei ihnen jeweils um 13 beziehungsweise 6 Milliardstel Sekunden Abweichung vom Ideal kommen. Im Vergleich dazu kann sich eine Quarzarmbanduhr in einem Monat bereits einige Sekunden irren, bei mechanischen Armbanduhren steigt der Faktor um ein Vielfaches.
Dass CSF1 und CSF2 voneinander abweichen können, liegt daran, dass in der Realität verschiedene Einflussfaktoren dazukommen, die eine ideale Definition beeinträchtigen können. Daraus ergeben sich somit die Unsicherheiten.
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So wird die Zeit übertragen
Ist einmal die korrekte Zeit ermittelt, muss sie aber auch weitergegeben werden. In Deutschland kommen hierzu drei Dienste zum Einsatz: Die PTB sendet die gesetzliche Zeit seit Jahrzehnten über den Langwellensender DCF77. Der Ausgangspunkt des Signals liegt in Mainflingen bei Hanau und in einem Bereich von etwa 2000 Kilometern kann man die Signale 24 Stunden am Tag empfangen. Hierüber wird auch die Zeitumstellung mit übermittelt – DCF77 fungiert dann als sogenannter Zeitzeichensender.
Dazu schreibt die PTB:
„Die Zeitangaben der Rundfunk- und Fernsehstationen sowie die Uhren der Deutschen Bahn AG werden ebenso von DCF77 gesteuert wie viele Schaltuhren in der Energieversorgung sowie der Verkehrsregelung und -überwachung. Weiterhin werden mit den gesendeten Zeitsignalen industrielle Prozessabläufe gesteuert und überwacht und last but not least private Funkuhren auf dem Laufenden gehalten.“
Langwellensignale können, anders als zum Beispiel jene von Satelliten, recht ungehindert in Gebäude eindringen. Hindernisse wie Bäume und Hochhäuser beeinträchtigen sie kaum. Ferner kann man sie „ohne Außenantenne mit in Funkuhren eingebauten kleinen Ferritantennen“ empfangen. Ebenso überträgt die PTB die Zeit auch über das öffentliche Telefonnetz und mittels des Internets dank vier spezieller Server.
Wenn also wieder eine Zeitumstellung ansteht, dann mag das für viele zwar lästig sein. Dennoch ist es interessant zu wissen, welchen Weg die Zeit tatsächlich zurücklegt, bis sie uns auf unseren Uhren überhaupt angezeigt wird.