Scienco

TEMPOMEZURADO

23:59:59 ... 23:59:60! Baldaŭas la supersekundo

Estas preskaŭ noktomezo, la 31an de decembro 2016. Ie en Britio iu homo, kiu volas kapti la precizan momenton de la jarŝanĝo, eksidas kelkajn momentojn antaŭ la 12a ĉe sia komputilo, atente spektante la tempomontrilon sur la ekrano. Li vidas, ke mire la montrilo ne saltas, kiel kutime, de 23:59:59 al 00:00:00, sed unue al 23:59:60 kaj – unu sekundon poste – al 00:00:00. Kio klarigas tiun strangan, nekutiman, preskaŭ superrealan sekundon 23:59:60?

Fojfoje oni aldonas al la jaro unu kroman sekundon, la tiel nomatan supersekundon aŭ aldonan sekundon, por agordi la horloĝan tempon kun la reala daŭro de la tagoj. La tagoj ja ne havas konstantan daŭron, sed iom post iom ili iomete plilongiĝas. Por klarigi tiun ĉi fenomenon, necesas ekspliki ion pri la mezurado (la „kaptado”, se tiel diri) de la tempo.

Zenito

La tago, pli precize la suntago, estas la tempodaŭro inter du sinsekvaj kulminoj de la suno. La taga kulmino de la suno okazas tiam, kiam la stelo atingas sian plej altan punkton super la horizonto. En tiu momento ĝia centro tuŝas imagan duoncirklon, kiu unuigas la nordan kaj sudan punktojn de la horizonto, kaj trapasas la zeniton (nome la punkton, kiu troviĝas rekte super la kapo de la observanto). Tiu duoncirklo estas nomata la loka meridiano (el la latina vorto meridies, kies signifo estas „tagmezo”). La momento de la kulmino determinas la veran lokan tagmezon: „lokan”, ĉar – pro tio, ke la tero turniĝas en orienta direkto – la tagmezo okazas pli frue oriente de la observanto kaj pli malfrue okcidente de li. La suntago, alivorte la tempodaŭro inter du sinsekvaj tagmezoj, konsistas el 24 horoj kaj preskaŭ egalas la periodon, kiun la tero bezonas por plenumi unu kompletan rivoluon ĉirkaŭ sia akso.

Observatorioj

En iu ne tre fora pasinteco oni agordis la horloĝojn kun la loka tagmezo, kiu, tiucele, estis precize mezurata en astronomiaj observatorioj. Por tio oni uzis teleskopojn muntitajn laŭ la suda-norda direkto, kiuj estis moveblaj nur laŭ tiu direkto. Oni nomas tiuspecajn ilojn „meridianaj teleskopoj”, ĉar ili troviĝas rekte sub la loka meridiano de la koncerna observatorio.

Orbito

La tempo agordita kun la loka tagmezo, pro memkompreneblaj kialoj, nomiĝas „la loka tempo”. Sed estas komplikaĵo. La rotacia akso de la tero montras deklivecon kompare kun la ebeno de la orbito ĉirkaŭ la suno, kaj, cetere, tiu orbito ne estas perfekte cirkla, sed iom elipsa. Tio kaŭzas diferencojn inter la mezurata suntaga daŭro kaj la ordinara taga daŭro (24-hora) laŭ la horloĝoj. Tiu diferenco ŝanĝiĝas de unu sezono al alia, kaj ĝia maksimuma sumo estas 15 minutoj. Oni forigis tiujn variajn diferencojn pere de korekto, kiu baziĝas sur la averaĝa nombro de la tagmezaj tempoj, mezurataj tra la jaro. La tiel korektata tempo estas la loka mezuma tempo.

Vaportrajnoj

Ĝis ĉirkaŭ la jaro 1840, ĉiuj grandaj urboj kaj regionoj uzis siajn proprajn lokajn tempojn, kunordigatajn de regionaj observatorioj. Kiam dum la industria revolucio alvenis la vaportrajnoj, kiuj sufiĉe rapide veturis tra la landoj, oni ekuzis normigitajn ŝtatajn tempojn por tutaj landoj, kiuj ofte estis la lokaj tempoj de iliaj ĉefurboj.

Grenviĉo

Aparte menciinda estas la fama reĝa observatorio de Grenviĉo (angle Greenwich). Grenviĉo estas urboparto de Londono, kie ĝis nun kuŝas, krom la menciita observatorio, universitato de la reĝa ŝiparo. Ĝi funkciis kiel centro de la brita tutmonda navigado. La meridiano de ĝia observatorio, projekciata sur la terglobon, estis la centra referenco por la navigado de britaj ŝipoj tra la tuta mondo. Cetere, la Grenviĉa Meza Tempo (GMT) estis la oficiala tempo uzata de britaj ŝipoj. Pro la granda sperto kaj graveco de tiu observatorio koncerne tempomezuradon, la Grenviĉa Meza Tempo (GMT, angle Greenwich Mean Time) fariĝis la ŝtata tempo de Britio.

Telegrafo

Kiam en la dua duono de la 19a jarcento ekkreskis la tutmondiĝo, spronita de inventoj kiel la telegrafo kaj poste la telefono, oni bezonis tempon internacie validan. En la jaro 1884, dum la Unua Konferenco pri Meridianoj okazinta en Vaŝingtono, oni decidis uzi la Grenviĉan Mezan Tempon kiel tutmondan tempon. Kadre de la sama konferenco oni decidis igi la grenviĉan meridianon nul-punkto por la longitudogradoj. En la jaro 1928, post kiam oni estis devigita aldoni pliajn malgrandajn korektojn por atingi pli precizan mezuman tempon, GMT estis rebaptita „Universala Tempo” (UT, angle Universal Time).

Tajdoj

Sed nun reen al la aldona sekundo. Kiel atentigite, la suntago enhavas 24 horojn, ĉiu el kiuj siavice enhavas 60 minutojn kun po 60 sekundoj. Tial, ĉiu unuopa tago nombras 86 400 sekundojn (24 horoj x 60 minutoj x 60 sekundoj). Pro tio oni difinis la sekundon kiel 86 400-onon de unu suntago. Sed granda kompleksaĵo aperis. Esploroj evidentigis, ke la rotacio de la tero ne estas konstanta en sia daŭro. Fakte ĝi laŭgrade malrapidiĝas, ĉar la tera rotacio estas iomete bremsata de la tajdaj efikoj provokataj de la gravito de la luno kaj la suno.

La kombinata gravito de ĉi-lastaj kreas tutmondan tajdan ondon en oceanoj kaj maroj, kies frotado kontraŭ la firma tero bremsas la rotacion de nia planedo. Ĝia rotacia rapideco estas cetere bremsata de la distordo de la firma tero mem pro la sama gravita influo. Krome, la bremsa efiko estas neregula, ekzemple kaŭze de okazaj grandaj tertremoj kaj de la tutmonda varmiĝo, pro kiu la akva kvanto de la oceanoj pligrandiĝas. Konsekvence, la suntago daŭras de jaro al jaro iomete pli. Precizaj mezuroj evidentigis, ke la tagoj plilongiĝas jare je 0,000 014 sekundoj (14 mikrosekundoj). Tiu kvanto ŝajnas malgranda, sed ne estas neglektebla. La sekundo do tute ne estas konstanta.

Vibracioj

Pro sciencaj kaj teknikaj kialoj oni arde bezonis difinon de konstanta, neŝanĝebla sekundo, same kiel por la ceteraj mezuroj (metro, kilogramo, ampero) de la internacia sistemo de unuoj. La eltrovo de kvarcaj horloĝoj montris, ke la vibracio de elektre stimulataj puraj kristaloj estas tre regula kaj ke eblas konstrui tre precizajn horloĝojn, kiuj deduktas la tempon, pli specife la sekundon, el tiuj vibracioj pere de elektronikaj cirkvitoj.

Radiado

Tiel, finfine, en la jaro 1967 oni priskribis la sekundon kiel „la tempodaŭron de 9 192 631 770 cikloj de la radiado, kiun alportas la transiro de du niveloj de la baza stato de atomo de la elemento Cezio-133” (ne maltrankviliĝu: la nefakaj legantoj rajtas tuj forgesi tiun difinon!). Bedaŭrinde, la ĉi-supre indikita tempodaŭro estas bazita sur astronomiaj mezuroj de la suntaga daŭro proksimume el la jaro 1870, tio estas antaŭ 146 jaroj. Ekde tiam la tagoj entute plilongiĝis je 0,002 sekundoj (0,000014 sekundoj x 146 jaroj).

Radiosignaloj

Ekde la jaro 1955 oni konstruas tiel nomatajn atomajn horloĝojn, kies tempomezurado estas bazata sur la vibracioj de atomoj. La atomaj horloĝoj, kiuj uzas atomojn de la elemento Cezio-133, havas deviacion de apenaŭ 1 sekundo ene de 5 miliardoj da jaroj. Do, ili estas multege pli precizaj ol la rotacio de la tero, sur kiu la tempo ĝis tiam estis bazita. Por atingi altprecizan tempomezuradon, estis enkondukita en la jaro 1972 la Tempo Atoma Internacia (TAI, france Temps Atomique International), kontrolata kaj mastrumata de la fama Buroo Internacia de Pezoj kaj Mezuroj (BIPM, france Bureau International des Poids et Mesures) en Parizo. BIPM determinas la atoman tempon pere de la statistika mezumo inter pli ol 200 precizaj atomaj horloĝoj troviĝantaj en observatorioj kaj metrologiaj laboratorioj de la tuta mondo kaj dissendas ĝin pere de diversspecaj komunikiloj, ekzemple helpe de radiosignaloj kaj komputilaj serviloj. Je sia enkonduko, en 1972, la momento 00:00:00 de la atoma tempo koincidis kun la sama tempmomento laŭ UT.

Supersekundo

Anstataŭ uzi la malpli precizan mezuradon de sunaj kulminoj kiel kunordigilon de la universala tempo, oni decidis uzi la atoman tempon kiel sian „horloĝon” kaj samtempe kunordigi ĝin kun la malrapidiĝo de la tera rotacio. La tiel kunordigita universala tempo estis nomita „Universala Tempo Kunordigita” (UTC, angle Universal Time Coordinated). Kiel skribite, ĉi-tempe la suntago enhavas 0,002 sekundojn pli ol la atoma tempo. Pro tio, post ĉiu 500a tago, la atomaj horloĝoj fruas je unu sekundo kompare kun la suntago. Kiam oni enkondukis la UTC-on, estis decidite, ke, kiam la malsamo inter la suntago kaj UTC superas 0,9 sekundojn, kroma sekundo estu aldonita al UTC. Tio okazas ĉiun 1,5an aŭ 2an jaron. La tiel aldonata sekundo estas la fama supersekundo. Konsekvence, UTC kaj TAI devias inter si pli kaj pli je la pasado de la jaroj.

Parizo

La supersekundo estas aldonata laŭ instrukcio fare de organizaĵo, kies nomo estas „Internacia Servo de Tera Rotacio kaj Referenca Sistemo” (IERS, angle International Earth Rotation and Reference System Service). Ĝi kontrolas kaj anoncas la aldonon de supersekundoj. IERS disponas en Parizo pri propra observatorio, per kiu ĝi zorgas pri la preciza daŭro de la suntago. Oni ĉiam aldonas la supersekundon la 30an de junio aŭ la 31an de decembro de la koncerna jaro je 23:59:59 laŭ UTC. La unua supersekundo estis aldonita la 30an de junio 1972. De 1972 ĝis la fino de 2015 estis aldonitaj 26 supersekundoj, kio klare montras la malrapidiĝon de la tera turniĝado. La lasta aldono de supersekundo estis efektivigita la 30an de junio 2015.

Ĉampanboteloj

Ĉi-jare unu supersekundo estos aldonita al UTC la 31an de decembro je noktomezo. Tio signifas, ke, se vi loĝas ekzemple centre de Eŭropo (kie la horzono vintre estas UTC +1), la supersekundo estos aldonita je 00:59:59 laŭ la tiea horzono, do sufiĉe longe post la malkorkado de la ĉampanboteloj. Unu sekundon poste vi povas admiri, se vi sufiĉe atentas, la supersekundon 00:59:60 sur la tempomontrilo de via komputilo. Loĝanto de Novjorko (kie vintre la horzono estas UTC -5) male atentu tion, kio okazos ĉe lia komputilo la 31an de decembro je 18:59:59.

Sablo

Ĉiam, kiam ni volas kapti la tempon, ĝi glitas tra niajn fingrojn kiel loza sablo. Ĉu Albert Einstein ja ne diris, ke la fluo de la tempo estas iluzio? Iluzioj ne estas kapteblaj. La verkanto kaj la redakcio deziras al vi agrablan supersekundon!