Uhrzeiten
Wahre Ortszeit
Die Wahre Ortszeit WOZ ist durch Beobachtung der Sonne entstanden; bei Kulmination der Sonne ist es zwölf Uhr. Die Zeitdifferenz zweier Kulminationen wurde durch 24 geteilt und die Einteilung der Stunden ist perfekt.
Durch
- die exzentrisch-elliptische Bahn der Erde um die Sonne und
- der Schiefe der Ekliptik
ergibt sich eine Unstetigkeit zwischen den Abständen der Kulminationen.
Einfluss der elliptischen Bahn
Die Erde umkreist die Sonne auf einer elliptischen Bahn, wobei die Sonne in einem der beiden Brennpunkte steht. Das zweite Keplersche Gesetz besagt, dass die Umlaufgeschwindigkeit eines Planeten größer ist, je näher er sich an der Sonne befindet und dass die Umlaufgeschwindigkeit eines Planeten kleiner ist, je weiter er sich von der Sonne entfernt hat.
Bei der Umlaufbahn der Erde ist der Abstand zwischen Sonne und Erde Anfang Januar am geringsten (Perihel-Abstand: 147.1 ·106 [km] ) und Anfang Juli am größten. (Aphel-Abstand: 152.1 ·106 [km] )
Durch diesen Effekt ergibt sich eine Sonnenzeit mit ganzjähriger Periode, die bis Sonnenzeit zu 8 Minuten von einer gemittelten Zeit abweicht.
Einfluss der Ekliptik
Die Bahn der Erde um die Sonne ist um 23,5° geneigt. Wird die scheinbare gleichmäßige Bewegung der Sonne entlang der Ekliptik auf den Äquator projiziert, entsteht eine Ungleichheit. Wenn sich die Sonne scheinbar im Bereich der Sonnenwenden bewegt, ist die projizierte Bewegung auf den Äquator schneller als im Jahresmittel. Nähert sich die scheinbare Sonnenbewegung dem Äquator, so verlangsamt sich die Bewegung im Vergleich zum Jahresmittel.
Da je zwei Sonnenwenden und je zwei Äquatordurchgänge in einem Jahr vorkommen, ergibt sich eine halbjährige Periode. Die Zeitabweichung kann bis zu 10 min vom Jahresmittel betragen.
Summe der Einflüsse der elliptischen Bahn und der Ekliptik
Die gesamte Zeitverschiebung ergibt sich durch Addition der beiden Kurven:
In Summe können im November Zeitabweichungen bis zu 16.5 Minuten auftreten.
An vier Tagen im Jahr 2005 ist der Tag genau 24 Stunden lang:
- 15. April,
- 13. Juni,
- 1. September und
- 25. Dezember.
Dieser Zusammenhang wird auch Zeitgleichung e genannt.
Da eine Stunde also nicht immer 60 min lang ist, hat man die Abweichungen über das Jahr gemittelt und mit der Mittleren Ortszeit eine neue Zeit eingeführt.
Mittlere Ortszeit
Die Mittlere Ortszeit (MOZ) ist das Ergebnis aus der Mittelung der Kulminationszeitpunkte über das gesamte Jahr.
Die WOZ kann man über die Zeitgleichung e errechnen. Dafür gibt es im Nautischen Jahrbuch gleich zu Beginn eine Tabelle. Man errechnet
WOZ = MOZ + e bzw. MOZ = WOZ – e
Mit diesem Zusammenhang kann beispielsweise die Kulmination der Sonne auf dem Meridian von Greenwich errechnet werden.
Wie wir später noch sehen werden, findet die Kulmination statt, wenn der Meridian des Beobachtungsortes mit dem Meridian der Sonne übereinstimmt – das findet um 12.00.00 WOZ statt.
Die mittlere Ortszeit für Kulmination der Sonne auf dem Meridian von Greenwich beträgt beispielsweise für
| den 01.01.2005: | 12.00.00 – (- 3.40) | = 12.03.40 |
| den 11.02.2005: | 12.00.00 – (- 14.14) | = 12.14.14 (ein Extremwert) |
| den 14.05.2005: | 12.00.00 – 3.41 | = 11.56.19 |
| den 26.07.2005: | 12.00.00 – (-6.30) | = 12.06.30 |
| den 03.11.2005: | 12.00.00 – 16.26 | = 11.43.34 ( ein Extremwert) |
Um den Kulminationszeitpunkt auf anderen Längengraden festzustellen, muss ein Zeitunterschied berücksichtigt werden.
Die Erde dreht sich in 24 Stunden um 360°,1 d.h. In einer Stunde dreht sie sich um 15° weiter.
Auf dem Längengrad 15°Wkulminiert die Sonne demnach exakt eine Stunde später, auf dem Längengrad 15° E kulminiert sie eine Stunde früher.
Für andere Längengrade rechnet man 
in Zeit um:
Beispiel
Wann kulminiert die Sonne am 11.02.2005 auf = 117° E?
Lösung
| MOZ | 12.00.00 | (auf = 0°) |
| – e | + 14.14 | |
| WOZ | 12.14.14 | (auf = 0°) |
 |
– 7.48.00 | (117/15 = 7,8; minus da Ostlänge) |
| WOZ | 04.26.14 | (auf = 117° E) |
Doch auch diese Zeit hat einen Nachteil; hat man jetzt zwar alle Stunden gleichlang gemacht, gilt diese Zeit doch nur für einen Meridian.
Zonenzeit
Die Erde wird in 24 Zeitzonen eingeteilt und für jeden Sektor als Zonenzeit ZZ die Zonenzeit MOZ festgelegt, die genau in der Mitte der Zone wäre.
Ein Sektor ist 360°/24h, also 15° groß. Der Nullmeridian und jeder 15. Längenmeridian wird Mitte einer Zeitzone, die sich jeweils um 7.5° nach Ost und West um diesen Meridian ausdehnt.
Die Zonenzeit berechnet sich zu einer vorgegebenen Länge:
ZZ = UTC ± ZU (+ für östliche Längen; – für westliche Längen)
UTC entspricht Greenwich Mean Time; siehe unten
ZU bezeichnet den Zeitunterschied, der sich aus in Zeit auf volle Stunden gerundetergibt:
ZU = round (
)
oder UTC = ZZ ±ZU (- für östliche Längen; + für westliche Längen)
Beispiel 1:
Berechne die Zonenzeit ZZ auf = 117°W für 06.00 UTC
Lösung:
ZU = round(117/15) = round(7;8) = 08:00
ZZ = UTC – ZU = 06:00 – 08:00 = 22:00 (Vortag)
Beispiel 2
Berechne UTC für 08.00 ZZ auf = 50° E
Lösung
ZU = round(50/15) = round(3;3333) = 03:00
UTC = UTC- ZU = 08:00 – 03:00 = 05:00 UTC
Beispiel 3
Berechne die Zonenzeit ZZ für die Kulmination der Sonne am 11.02.2005 auf = 117° E
Lösung
ZU = round(117/15) = round(7;8) = 08:00
ZZ = UTC+ZU = 04:26:14+08:00 = 12:26:14
Wie im Beispiel 1 gesehen, kann es sein, dass das Datum an Bord von dem Datum nach UTC differiert. Das hat dann Einfluss, wenn im Nautischen Jahrbuch ein Wert (z.B. Grt) nachgeschlagen werden soll. Es macht daher Sinn, bei Beginn einer Rechnung von ZZ zu UTC oder GMT (Greenwich Mean Time) umzurechnen und nachzuschauen, ob das Datum für den Nullmeridian ein anderes ist.
Beispiel 4
Berechne UTC für = 117° E für den 21.03.2005 (Borddatum) um 06.00 ZZ
Lösung
| ZZ Datum | 21.03.2005 | |
| ZZ | 06.00 | |
| – | ZU | – 08.00 |
| GMT | 22.00 | |
| GMT Datum | 20.03.2005 |
Der Nachteil der ZZ ist der Verlauf der Zonenzeitgrenze, der keine Rücksicht auf Länder oder Städte nimmt.
Gesetzliche Zeit
Als einheitliche Regelung für ein Land (Landesteil) oder eine Stadt hat man die Gesetzliche Zeit GZ eingeführt. Diese lässt Abweichungen von der Zonenzeit zu, beispielsweise auch die Sommerzeit.
International sind Zeitzonen eingeführt worden. Jedem Land erhält eine bestimmte Zeitzone (Deutschland beispielsweise MEZ = UTC + 1 und im Sommer MESZ = UTC + 2).
Länder mit großer Ost/West-Ausdehnung haben zum Teil mehrere Zeitzonen. USA hat beispielsweise sechs Zeitzonen eingeführt, Kanada fünf, Brasilien vier, Australien und Mexiko drei und Russland sogar elf. Trotz großer Ost/West-Ausdehnung gibt es in China nur eine Zeitzone.
Manche Länder haben aus politisch-historischen Gründen Zeitzonen, die keine ganzen Stunden betragen. Beispielsweise Neufundland mit UTC – dreieinhalb Stunden, Iran mit UTC + dreieinhalb Stunden oder Afghanistan mit UTC + viereinhalb Stunden.
Koordinierte Weltzeit (UTC und UT1)
Der Navigator muss mit einer für die ganze Erde einheitlichen Zeit rechnen, mit der er auch Angaben aus dem Nautischen Jahrbuch oder den Gezeitentafeln für jeden Fleck auf der Erde entnehmen kann.
Zu diesem Zweck wird die Koordinierte Weltzeit (UTC = Universal Time coordinated) gleichförmig mit Atomuhren erzeugt und über Zeitsignale ausgesendet.
Nun besteht noch ein Unterschied zwischen UTC und der in der astronomischen Navigation benutzten Zeit UT1, die auf der Erdrotation beruht.
Durch die ungleichmäßige Erdrotation bedingt wächst UT1 ungleichförmig und langsamer als UTC.
Deshalb wird UTC im Bedarfsfall mit Schaltsekunden an UT1 angeglichen, so dass der Zeitunterschied (auch DUT1) nicht größer als 0.9 s wird.
Im Normalfall genügt es, UTC mit UT1 gleichzusetzen. Dennoch wird für Anwender, die UT1 auf 0.1s genau benötigen, DUT kodiert mit dem Zeitzeichen übermittelt.
Die Zeit UT1 bzw. UTC entspricht der Zonenzeit des Nullmeridians, also Greenwich Mean Time (ohne Berücksichtigung der Sommerzeit)
Tage
Sidirischer Tag
Ein Sidirischer Tag ist der Zeitraum, in dem ein Fixstern wieder genau im gleichen Meridian steht wie am Tag zuvor.
Die Erde hat sich dann um exakt 360,0° um ihre eigene Achse gedreht.
Nach unserer Zeitrechnung dauert das 23 Stunden 56 min und 4,099 sec.
Sterntag
Ein Sterntag ist der Zeitraum von zwei aufeinander folgenden Durchgäangen des Frühlingspunktes durch den eigenen Meridian.
Die Erde hat sich dann um exakt 360,0° um ihre eigene Achse gedreht.
Nach unserer Zeitrechnung dauert das 23 Stunden 56 min und 4,091 sec.
Der Unterschied zum Sidirischen Tag besteht darin, dass der Frühlingspunkt wegen der Präzessionsbewegung der Erde seine Lage pro Jahr um ca. 50” verschiebt.
Sonnentag
Ein Sonnentag ist der Zeitraum, in dem die Sonne wieder genau im gleichen Meridian steht wie einen Tag zuvor.
Dieser Zeitraum dauert etwas länger als ein Sterntag, da sich die Erde in ihrer Bahnbewegung um die Sonne bereits etwas weiterbewegt hat.
Die Dauer des Sonnentages wird in Wahrer Ortszeit (WOZ) gemessen und beträgt 24 Stunden ± 30sec
Die Erde hat sich an einem Sonnentag also etwas mehr als 360° gedreht, nämlich genau 360,986°.
Bürgerlicher Tag oder Kalendertag
Wird die Zeitdauer aller Sonnentage in einem Jahr gemittelt, so erhalten wir den mittleren Sonnentag, oder auch Bürgerlicher Tag.
Seine Dauer beträgt exakt 24.00.00 Stunden.
Mondtag
Ein Mondtag beschreibt den Zeitraum, in der Mond wieder genau im gleichen Meridian steht wie einen Tag zuvor.
Dieser Zeitraum dauert etwas länger als ein Sonnentag, da sich der Mond in seiner Bahnbewegung um die Erde bereits etwas weiterbewegt hat.
Seine Dauer beträgt 24 Stunden und 50 Minuten.
Monate
Sidirischer Monat
Ein Sidirischer Monat beschreibt den Zeitraum, in dem der Mond in seiner Bahn um die Erde wieder die gleiche Stellung zu den Fixsternen hat.
Die Dauer des Sidirischen Monats beträgt 27,32 Tage.
Tropischer Monat
In diesem Zusammenhang wird auch der Begriff „Tropischer Monat“ benutzt, der den Zeitraum, in dem der Mond in seiner Bahn um die Erde wieder die gleiche Stellung zum Frühlingspunkt hat.
Da der Frühlingspunkt seine Lage pro Jahr um ca. 50” verschiebt, ist die Dauer des tropischen Monats minimal kleiner als die des Sidirischen Monats. Sie beträgt 27,32158 Tage im Vergleich zu 27,32166 Tagen – also erst ein Unterschied in der vierten Nachkommastelle, was einem Unterschied von 6,8 sec entspricht.
Synodischer Monat
Ein Synodischer Monat beschreibt den Zeitraum, in dem der Mond in seiner Bahn um die Erde wieder die gleiche Stellung zur Sonne hat. Es ist der Zeitraum von einem Neumond zum nächsten.
Die Dauer des Synodischen Monats beträgt 27,53 Tage.
Jahre
Sidirisches Jahr
Ein Sidirisches Jahr beschreibt den Zeitraum, in dem die Sonne in ihrer scheinbaren Bahn um die Erde wieder die gleiche Stellung zu den Fixsternen hat.
Die Dauer des Sidirischen Jahres beträgt 365,256366 Tage.
Tropisches Jahr oder mittleres Sonnenjahr
Das Tropische Jahr ist der den Zeitraum, in dem die Sonne in ihrer scheinbaren Bahn um die Erde wieder die gleiche Stellung zum Frühlingspunkt hat.
Die Dauer des Tropischen Jahres beträgt 365,242199 Tage.
Kalenderjahr oder mittleres Gregorianisches Jahr
Der Gregorianische Kalender legt seit 1582 das Jahr mit 365,2425 Tagen fest – im Gegensatz zum davor gültigen Julianischen Kalender. Daraus ergeben sich alle 4 Jahre Schaltjahre, jedoch nicht, wenn die Jahreszahl durch 100 aber nicht durch 400 teilbar ist.