Atomuhr
Eine Atomuhr geht auf die hundertstel Sekunde genau. Deshalb richten sich alle Funkuhren an der Atomuhr, die in Deutschland in Braunschweig steht, aus.
Atomuhren bestimmen den Tagesablauf
Atomuhren stehen überall auf der Welt. Die Uhr für Deutschland steht im Physikalischen-Technischen Institut in Braunschweig. Sie zählt zu den überlegenen primären Uhren, weil die mit Laser gekühlten Atome in 31 Millionen Jahren nur eine einzige Sekunde falsch gehen. Atomuhren gelten deshalb als Richtuhren für andere Uhren, die die genaue Zeit anzeigen müssen. Die erste deutsche Atomuhr, die CS1 wurde 1969 in Betrieb genommen. Seit 1991 zeigt die neue Cäsium Atomuhr CS2 die genaue Zeit für alle Funkuhren und die Zeit im Internet an. Damit Funkuhren die genaue Zeit empfangen können, wird diese über einen Langwellensender mit 77,5 Kilohertz gesendet. Seit 1970 wurde kein falsches Sendesignal ausgestrahlt.
Die Geschichte der Atomuhr
1945 hatte der Physiker Isidor Rabi die Idee, die genaue Zeit mit Atomen zu messen. 1949 wurde die erste Atomuhr vorgestellt. Anstatt wie heute Cäsium, waren die Schwingungsatome damals aus Ammoniak. Die Moleküle erreichten die gewünschte Genauigkeit nicht. Seit 1952 kommen Cäsium Moleküle zum Einsatz. Die erste Uhr mit Cäsium Molekülen und dem Namen NBS-1 wurde 1955 in Betrieb genommen. Nach der NBS-1 wurde die Atomsekunde definiert. Sie beträgt 9.192.631.770 Schwingungen. Solche Zeitmesser sind neben Deutschland überall auf der Welt zu finden.
Wie funktionieren Atomuhren?
Die Cäsium Atome geben mit ihren elektromagnetischen Schwingungen beim Übergang von einem Zustand in den Anderen anstatt Unruhe und Pendel den Takt an. Cäsium wird verdampft und anschließend zu einem Atomstrahl gebündelt. Dann werden die Atome mit einem Magneten sortiert, sodass nur eine Sorte in einen Hohlraumresonator gelangt. Dort wechslen die Cäsiumatome ihren Aggregatszustand. Dabei werden sie gezählt.
Wozu braucht man eine Atomuhr?
Atomgesteuerte Uhren bestimmen gemeinsam mit der Sonnenzeit die Grundlage für die koordinierte Weltzeit (UTC = Coordinatet Universal Time). UTC ist die offizielle Zeit für die Zeitzonen rund um den Globus. Sie gleicht der Greenwich Zeit (GMT), die aber als veraltet gilt. UTC ist aber keine Zeitzone, sondern ein Berechnungsstandard für Zeitzonen weltweit. Präzise Zeitangaben sind für den Betrieb von GPS, Galileo und GLONASS wichtig.
Brauchen Atomuhren Schaltsekunden?
Die Schaltsekunden am Ende einer Minute gleichen die Differenz zwischen der Atomzeit und der tatsächlichen Erdrotation aus. Diese beträgt für einen Tag rund 86.400 Atomsekunden, weil die Erde sich langsamer dreht. Die Abweichung beträgt eine Millisekunde. Bevor das Zeitdefizit mit 0,9 Millisekunden zu groß wird, wird eine Schaltsekunde eingefügt. Seit 1972 wurden rund 27 Schaltsekunden eingefügt.
Gibt es eine Atomuhr für private Zwecke?
Uhren für das Handgelenk gibt es nicht. Die kleinste und neuste Atomuhr ist ein zwei Meter langer Riegel an der Wand des Herstellers Time Standard aus der Schweiz. Auch eine Rubiduim Uhr des Herstellers Spectratime gehört zu den kleineren Uhren. Sie wird in Satelliten eingesetzt.
Die Atomuhr im modernen Leben
Atomuhren sind die genausten Zeitmesser in der Geschichte der Menschheit. Die Abweichungen betragen nur ein Sekunde in vielen Millionen Jahren. Sie
- messen die Zeit mithilfe von Cäsium Atomen
- benötigen manchmal eine Schaltsekunde für exakte Ganggenauigkeit
- haben eine enorme Größe
- stehen in wissenschaftlichen Instituten
- steuern alle Funkuhren und GPS Geräte
Es kann sein, dass die Wissenschaftler in Zukunft beschließen auch andere Einheiten als wie die Atomsekunde vor 50 Jahren, in Naturkostanten mit unveränderlichen Eigenschaften umzuwandeln. Das Ur-Kilogramm gibt es bereits. Es befindet sich streng bewacht in Paris.
