Der Wechsel von Tag und Nacht auf der Erde, und damit die Einteilung der Zeit in Tage und Tageszeiten, entsteht durch die Rotation der Erde um sich selbst. Die Rotationsgeschwindigkeit beträgt

360°/24h = 1°/4min

Stellt man also alle ortsfesten Uhren auf die sogenannte Ortszeit, also so, daß sie genau zum Zeitpunkt der senkrecht stehenden Sonne an ihrem Standort 12:00:00 Uhr mittags anzeigen, so unterscheiden sich die von den Uhren angezeigten Zeiten, und zwar um 4min pro Längengrad Entfernung. Dabei gehen die weiter östlich stehenden Uhren vor.

Ich mag allerdings den Begriff "lokale Zeit", o.ä nicht besonders, da auf der Erde nicht verschiedene Zeiten, sondern eben nur eine globale Zeit existiert (wenn man mal von der unterschiedlichen Gravitation in Abhängigkeit von der Höhe über Meereshöhe und der Relativitätstheorie absieht). Die Zeit ist also überall auf der Erde die gleiche und vergeht auch überall gleich schnell. Das, was sich lokal unterscheidet, ist nur die Darstellung der Zeit, also die Zeitrepräsentation. Dieselbe Zeit wird in Europa als 1999-06-18 05:00:00 CEST, in San Francisco als 1999-06-17 20:00:00 PDT und in Teheran als 1999-06-18 07:30:00 IDT geschrieben.

Als Schweibweise für Datums- und Uhrzeitangaben benutze ich überall das in ISO-8601 festgelegte Format.

Bis zur Einführung von Zeitzonen, galt an den meisten Punkten der Erde tatsächlich die Ortszeit, oder die Ortszeit eines nahen Ortes. Bis 1893 galt z.B. in Bayern die Münchener Ortszeit und in Berlin die Berliner Ortszeit. Da Berlin knapp 2° östlicher als München liegt, gingen dort die Uhren 7 Minuten vor gegenüber den Uhren in München.

Den Eisenbahnern fiel dazu aber nur noch ein "Hey Leute, ihr habt'n Sockenschuß" (kann sein, daß sie's etwas anders formuliert haben). Denn diese Situation war vor allem für die Eisenbahn und mit ihr Reisende ziemlich stressig, da ständig die Uhren um einige Minuten verstellt werden mußten.

Deshalb wurde 1893 die Ortszeit am 15. östlichen Längengrad als Zeit für Deutschland festgelegt. In anderen Ländern gab es ähnliche Festlegungen; der erste Schritt zu den heutigen Zeitzonen. Wie immer waren die Amis natürlich auch hier etwas schneller und sind uns 10 Jahre zuvorgekommen.

Die heutigen Zeitzonen umfassen meist größere Gebiete als ein Land bzw. einen Staat. Die Zeitzonen sind in der Regel 15 Längengrade breit und umfassen damit Ortszeiten bis zu einer Stunde Differenz. Manche Zeitzonen, z.B. die Mitteleuropäische Zeit, sind wesentlich breiter, um in Gebieten kommunikativ und wirtschaftlich stark zusammenhängender Länder eine einheitliche Zeit zu haben.

Die Zeit in den meisten Zeitzonen ist um ein ganzzahliges Vielfaches einer Stunde von der Ortszeit am 0. Längengrad in Greenwich entfernt.

UTC

Um bei internationaler, zeitzoneübergreifender Kommunikation (z.B. Schiff- und Flugverkehr) nicht durch ständiges Umrechnen von Zeitzonen völlig konfus zu werden, hat man sich in vielen Bereichen auf die Ortzeit am 0. Längengrad geeinigt. Per Defintion läuft dieser Längengrad genau durch das kleine Kaff Greenwich bei London, und daher heißt die Ortszeit bei 0° Greenwich Meantime (GMT).

In GMT ist die Sekunde als der 86400ste Teil des mittleren Sonnentages (eine Rotation der Erde um sich selbst) des entsprechenden Jahres definiert. Da an der Erde so ziemlich nichts konstant ist, sondern sie ziemlich wabbelig durchs Weltall eiert, war damit auch die Sekunde nicht konstant. Die Länge eines Tages schwankt durch Effekte wie Bewegung von riesigen Massen im flüssigen Erdinnern (Schwankungen von mehreren Jahrzehnten Dauer), Gezeiten, Vulkanausbrüchen, jahreszeitliche Schwankungen durch Luftmassenverlagerungen und Abschmelzungen an den Polen und sogar durch menschliche Einflüsse, z.B. Aufstauen großer Wassermengen in einem Stausee. Durch die Gezeitenreibung verkürzt sich der Sonnentag pro Jahrhundert um 0.0016s. Aufgefallen ist das aber erst, seit man Quarzuhren hat... :-)

Eine nicht-konstante Sekunde ist mindestens für Physiker eine echt unangenehme Sache. Daher wurde die Sekunde 1967 im System der SI-Basiseinheiten (Système International d'Unités) als das 9192631770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids ¹³³Cs entsprechenden Strahlung festgelegt.

Die Zeitrechnung, die auf der so festgelegten Sekunde basiert, heißt TAI (Temps Atomique International), damit die Franzosen auch endlich mal über eine internationale Abkürzung glücklich sein können.

UTC (Coordinated Universal Time, teilweise auch UCT geschrieben; warum heißt sie nicht CUT? :-) ist die Zeit, die die alte GMT als zivile Zeit seit 1972 ablöst.

Auch UTC basiert auf der neu festgelegten Sekunde. UTC ist bis auf sogenannte Schaltsekunden identisch mit TAI. Die auf der physikalischen Sekunde basierende TAI hat nämlich den Nachteil, daß sie "schneller" vergeht, als GMT, die auf dem Sonnenstand basiert. Dadurch entfernen sich diese beiden Zeiten immer weiter voneinander, so daß der Zeitpunkt der senkrecht über Greenwich stehenden Sonne sich immer weiter von 12:00:00 Uhr TAI entfernt. Da aber der Sonnenstand und der durch die Erddrehung verursachte Wechsel von Tag und Nacht das Leben auf der Erde maßgeblich beeinflussen, ist TAI für unsere Zeitrechung nicht gut geeignet.

In UTC sind die Sekunden gleich lang wie in TAI, es werden jedoch ab und zu Schaltsekunden in die Zeit eingebaut, um UTC etwas zu verlangsamen. Die Schaltsekunden werden in UTC vorzugsweise am Ende des Monats Juni oder Dezember eingefügt, und zwar so, daß UTC und GMT nie mehr als 0.9s auseinander liegen. Seit 1972 gab es die folgenden Schaltsekunden:

1 1972-06-30 23:59:60 UTC 2 1972-12-31 23:59:60 UTC 3 1973-12-31 23:59:60 UTC 4 1974-12-31 23:59:60 UTC 5 1975-12-31 23:59:60 UTC 6 1976-12-31 23:59:60 UTC 7 1977-12-31 23:59:60 UTC 8 1978-12-31 23:59:60 UTC 9 1979-12-31 23:59:60 UTC 10 1981-06-30 23:59:60 UTC 11 1982-06-30 23:59:60 UTC

12 1983-06-30 23:59:60 UTC 13 1985-06-30 23:59:60 UTC 14 1987-12-31 23:59:60 UTC 15 1989-12-31 23:59:60 UTC 16 1990-12-31 23:59:60 UTC 17 1992-06-30 23:59:60 UTC 18 1993-06-30 23:59:60 UTC 19 1994-06-30 23:59:60 UTC 20 1995-12-31 23:59:60 UTC 21 1997-06-30 23:59:60 UTC 22 1998-12-31 23:59:60 UTC

Als UTC im Jahr 1972 eingeführt wurde, hat man für diesen Zeitpunkt die Differenz zwischen TAI und UTC als 10 Sekunden definiert, da sich TAI von der durch den Sonnenstand definierten GMT um ca. 10 Sekunden unterschied. Durch die 22 Schaltsekunden seit 1972-01-01 beträgt die Differenz zwischen TAI und UTC heute 32 Sekunden.

Die Schaltsekunden werden vom IERS (International Earth Rotation Service) (nein, die sind nicht dafür verantwortlich, daß sich die Erde weiterdreht :-) ca. eine halbes Jahr im voraus berechnet und auf einer mailing list bekanntgegeben.

Weitere interessante Infos zu diesem Thema gibt's auch bei NEOS (National Earth Orientation Service).