Heimstími

Þetta er tímakvarði sem tekur mið af hvernig jörðin snýr við sólu. Þetta er nýrri útfærsla á eldri tímareikningi sem kallast meðalsóltími í Greenwich (GMT). Munurinn á heimstíma og meðalsóltíma Greenwich er svo lítill að oft er ekki gerður greinarmunur á þessu tvennu. Ástæðan fyrir breyttri skilgreiningu var sú, að ekki reyndist unnt að ákvarða meðalsóltímann með nægilegri nákvæmni. Heimstíminn (UT = Universal Time) er reiknaður út frá afstöðu stjörnuhiminsins (einkum fjarlægra rafaldslinda) á mörgum athugunarstöðum. Heimstími eins og hann mælist á hverjum stað (UT0) er háður smávægilegum hreyfingum á snúningsás jarðar miðað við yfirborð hennar, en þær valda breytingum á lengd og breidd staðarins. Þegar leiðrétt hefur fyrir þessu fæst tími sem er óháður staðsetningu (UT1, hér eftir kallaður UT) en gengur örlítið ójafnt vegna óreglu á jarðsnúningnum. Samræmdur heimstími (UTC = Universal Time, Coordinated) sem venjulegar klukkur eru stilltar eftir, beint eða óbeint, gengur hins vegar fullkomlega jafnt því að hver sekúnda er látin vera jöfn atómsekúndunni (sjá síðar). Lengd atómsekúndunnar var sniðin eftir lengd sekúndunnar í heimstíma eins og hún var árið 1971, þ.e. 1/86400 úr meðalsólarhring þess tíma. Þar sem jörðin er að hægja á snúningi sínum hafa sólarhringarnir lengst örlítið og þar með hver sekúnda í heimstíma. Þar af leiðandi dregst UTC smám saman aftur úr UT. Þegar munurinn nemur 0,9 sekúndum er skotið inn aukasekúndu (hlaupsekúndu) í UTC til að láta þann tíma fylgja jarðsnúningnum sem best. Væri það ekki gert myndi frávikið fara vaxandi. Aukasekúndunni er bætt við 30. júní eða 31. desember eftir því sem henta þykir.

Atómtími

Sekúndan sem tímalengd var upphaflega hugsuð sem 1/60 úr mínútu, þ.e. 1/86400 úr sólarhring. Nú eru sólarhringarnir örlítið mislangir, og þegar kröfur um nákvæmni jukust var farið að miða við meðallengd sólarhringsins. En jafnvel þessi meðallengd breytist með tímanum og sú staðreynd leiddi til þess að árið 1960 var sekúndan var skilgreind sem ákveðið brot af umferðartíma jarðar um sólu. Árið 1967 var endanlega horfið frá því að miða við stjörnufræðileg fyrirbæri og lengd sekúndunnar skilgreind eftir sveiflutíma í sesínatómum. Í framhaldi af því var innleiddur nýr tímakvarði, svonefndur alþjóðlegur atómtími (TAI = Temps Atomique International). Alþjóðastofnun um mál og vog, BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) tekur ákvörðun um það hvað klukkan sé eftir atómtíma með hliðsjón af um það bil 200 atómklukkum í 69 rannsóknarstofum víða um heim. Merki eru send til BIPM um GPS gervitungl. Hver mælistöð ákvarðar sinn tíma (reyndar heimstímann, UT) og sendir niðurstöðuna til BIPM sem reiknar vegið meðatal. Niðurstaðan fæst eftir á, og því getur ekkert tæki sýnt alþjóðlegan atómtíma án tafar. Árið 1977 var farið að leiðrétta atómtímann fyrir skekkju sem mismunandi hæð atómklukkna yfir sjávarmáli veldur (afstæðisskekkju) og hefur atómtíminn síðan miðast við meðalsjávarmál. Ef unnt væri að bera atómtímann saman við kyrrstæða klukku í miðju sólkerfisins myndi sjást breyting á gangi atómtímans milli sólnándar og sólfirðar sem svarar 1/40 sek á ári, en þessarar breytingar verður ekki vart hér á jörðu. Munur atómtíma og samræmds heimstíma (TAI-UTC) er nú 36 sekúndur og vex um eina sekúndu í hvert sinn sem hlaupsekúndu er skotið inn í hinn samræmda heimstíma.

Almanakstími

Almanakstími er sá tími sem ræðst af göngu hnatta í sólkerfinu. Það er því sá tími sem stjörnufræðingar miða við þegar þeir reikna stöðu himintungla, sólmyrkva og tunglmyrkva. Þegar atómtíminn TAI var færður í núverandi horf (1977) var almanakstíminn (TT = Terrestrial Time) skilgreindur með TT = TAI +32,184 s. Frávikið frá TAI var valið til að fá samræmi við eldri almanakstíma (ET = Ephemeris Time). Ef atómtíminn hefði upphaflega verið stilltur eftir almanakstíma væri ekki um neitt frávik að ræða. Mismunurinn 32,184 sekúndur sýnir að atómtíminn var upphaflega stilltur eftir heimstíma 1. janúar 1958, en ekki almanakstímanum. Fræðilega séð gæti verið munur á þeim tíma sem ræðst af göngu himinhnatta og þeim tíma sem reiknast eftir hreyfingum í atómum, en ekkert bendir til að svo sé. Því er talið óhætt að ganga út frá því að munurinn á almanakstíma og atómtíma haldist óbreyttur.

Ekki er unnt að reikna göngu himinhnatta (og þar með sólmyrkva og tunglmyrkva) langt fram í tímann í heimstíma, því að óreglur í jarðsnúningnum eru óræðar. Reikningana verður að framkvæma í almanakstíma og áætla síðan hver munurinn verði á heimstíma og almanakstíma. Mismunurinn (TT-UT) kallast Delta-T. Þegar þetta er ritað (í október 2015) er munurinn tæpar 68 sekúndur og fer hægt vaxandi. Í ársbyrjun 1958 var munurinn rúmar 32 sekúndur eins og fyrr var sagt.

Stjörnutími

Stjörnutími er mælikvarði á snúningsafstöðu jarðar til fjarlægra stjarna, ólíkt heimstímanum sem er í eðli sínu sóltími. Á einu ári fer sólin einn hring miðað við fastastjörnurnar. Af því leiðir að stjörnudagar eru einum fleiri í árinu en sólarhringarnir. Í einu árstíðaári eru um það bil 365,25 (sólar)dagar en 366,25 stjörnudagar. Ein sekúnda í stjörnutíma er því um það bil 365,25/366,25 úr sekúndu í meðalsóltíma (og heimstíma). Í reynd er stjörnutíminn reiknaður út frá heimstímanum sem aftur er reiknaður út frá stjarnmælingum, þótt það sé býsna þversagnakennt! Stjörnutími á hverjum stað jafngildir tímahorni vorpunkts á himni og fer eftir hnattstöðu staðarins.

GPS tími

Í GPS staðsetningartunglunum (og öðrum sambærilegum tunglum) eru atómklukkur. Gangur þeirra er stilltur með hliðsjón af afstæðishrifum svo að þær gangi í takt við klukkur á jörðu niðri. GPS staðsetningartæki mæla tímann sem það tekur merki að berast frá fjórum gervitunglum. Ljósið fer 3 metra á 10 nanósekúndum svo að þörfin fyrir nákvæmar klukkur er augljós. GPS tunglin senda notendum ýmissa tækja upplýsingar um samræmdan heimstíma (UTC), en tunglin sjálf reikna tímann eftir öðru kerfi sem gangsett var 6. janúar 1980 og var stillt eftir samræmdum heimstíma eins og hann var þá. Síðan hefur þessi GPS tími fylgt atómtíma, en munurinn haldist 19 sekúndur. Munur GPS tíma og UTC hækkar við hverja innskotssekúndu. Er hann nú (í október 2015) 17 sekúndur. GPS tími reiknast í vikum og sekúndum úr viku. Engar hlaupsekúndur eru í þessum tímakvarða.

 Hlaupsekúndur

Frá því að farið var að leiðrétta samræmdan heimstíma (UTC) með því að skjóta inn aukasekúndum (hlaupsekúndum) hefur það verið gert 26 sinnum. Þetta hefur skapað ákveðin tæknileg vandamál í kerfum sem reiða sig á stöðuga rás tímans. Því hafa komið upp raddir sem krefjast þess að þessi háttur verði lagður af og samræmdur heimstími látinn fylgja atómtíma án tillits til gangs sólar eða annarra himinhnatta. Yrði þetta gert myndi verða vaxandi munur milli sólargangs og klukkunnar. Sú tillaga hefur komið fram, að ekki skuli leiðrétta muninn fyrr en hann nemi klukkustund. Ekki er hægt að segja nákvæmlega hvenær að því kæmi, en það gæti orðið eftir 700 ár eða svo. Stjörnufræðingar eru flestir andvígir því að breyta núverandi kerfi en tæknimenn frekar fylgjandi. Alþjóða fjarskiptasambandið (ITU = International Telecommuncations Union) mun fjalla um málið á næstunni, en þar eru skiptar skoðanir milli fulltrúa hinna ýmsu þjóða. Bandaríkin, Frakkland, Sviss, Ítalía, Þýskaland, Japan og Ástralía eru sögð fylgjandi breytingu, en Bretland, Kanada Rússland og Kína vilja óbreytt ástand. Fulltrúar sumra landa svo sem Þýskalands og Kína hafa breytt afstöðu sinni oftar en einu sinni. Framhaldið er því í óvissu.

Þ.S. 4. október 2015.