Sekunde

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

Zehn Sekunden dargestellt mit einer Langzeitbelichtung einer Armbanduhr

Die Sekunde ist die Basiseinheit der Zeit im internationalen Einheitensystem (SI). Sie ist etwa einen Herzschlag lang (Ruhepuls eines Erwachsenen).

Die Unterteilung der Stunde in 60 Minuten zu je 60 Sekunden findet sich bereits um das Jahr 1000 in einer Schrift von al-Biruni. Als Secunda von lateinisch pars minuta secunda (‚zweiter verminderter Teil‘) ist sie seit dem 13. Jahrhundert bekannt. Im Jahre 1585 konstruierte Jost Bürgi erstmals eine Uhr mit Sekundenzeiger.

Definition

Seit 1967 ist eine Sekunde das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids ¹³³Cs entspricht. Mit der Neudefinition des SI im Jahr 2019 durch die 26. Generalkonferenz für Maß und Gewicht wurde der genaue Wortlaut der Definition geändert, inhaltlich blieb die Definition der Sekunde jedoch bestehen.

$\Delta \nu _{\mathrm {Cs} }=9\,192\,631\,770\;\mathrm {Hz}$

daraus folgt

$1\;\mathrm {s} ={\frac {9\,192\,631\,770}{\Delta \nu _{\mathrm {Cs} }}}$

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 oben angegebenen Definition um mehr als vier Zehnerpotenzen auf 10⁻¹⁵ gesteigert.

Frühere Definitionen

So lange man von einer gleichmäßigen Erdrotation ausging, war die Sekunde der sechzigste Teil einer Minute des in 24 Stunden zu 60 Minuten eingeteilten Tages.

Um 1885 stellte Karl Friedrich Küstner (Bonner Sternwarte) fest, dass die Rotationsachse der Erde eine Polbewegung von 5 bis 10 Meter durchführt. Genauer wurde dies von Richard Schumann (TU Wien) und Seth Carlo Chandler (Harvard) analysiert und war der erste Hinweis darauf, dass sich auch die Rotationsdauer selbst verändert. Man konnte es aber mit den damals besten Uhren (Abweichung 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. Die astronomische Tageslänge vergrößert 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 zwei bis fünf Jahre eine Schaltsekunde eingefügt werden, um alle Uhren mit dem um einige Sekundenbruchteile länger werdenden Sonnentag zu synchronisieren (siehe die Zeitkorrektion dUT1).

Bis 1967 beruhte die Sekunde auf astronomischen Messungen:

Sonnensekunde (bis in die 1950er Jahre): Der Bruchteil 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 ¹⁄₃₆₅-stel 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 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.

Mit der Sekunde zusammenhängende Einheiten

Die Einheit Sekunde ist mit verschiedenen Vorsätzen für Maßeinheiten (SI-Präfixe) in Verwendung, beispielsweise:

Präfix-Schreibweise	Bezeichnung	Dezimal
1 fs	Femtosekunde	0,000 000 000 000 001 s
1 ps	Picosekunde	0,000 000 000 001 s
1 ns	Nanosekunde	0,000 000 001 s
1 µs	Mikrosekunde	0,000 001 s
1 ms	Millisekunde	0,001 s
1 s	Sekunde	1 s

Als größere Zeiteinheiten sind Minute, Stunde und Tag üblich und in Deutschland gesetzliche Maßeinheiten. Vergrößernde SI-Vorsätze wie „Megasekunde“ (= 1 000 000 s = 11 Tage 13 h 46 min 40 s) sind zwar zulässig, aber sehr unüblich.

Eine Sekunde kann außerdem noch in sechzig kleine Zeiteinheiten, die Tertien unterteilt werden. Dies ist heute aber ungebräuchlich.

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de