Schrikkelseconde, een extra beetje tijd

Het valt nauwelijks op, maar 30 juni 2012, 30 juni 2015 én de nieuwjaarsnacht van 31 dec. 2016 naar 1 januari 2017 duren nét een heel klein beetje langer dan andere dagen. Om precies te zijn: één seconde. Zo'n extraatje komt gemiddeld elke 18 maanden een keertje voor. Zo nu en dan is het nodig om één schrikkelseconde in onze tijdrekening toe te voegen, zodat onze tijdrekening netjes blijft kloppen met een rondje rond de zon.

Jaar en dag

Onze tijdrekening is gebaseerd op de bewegingen van onze planeet ten opzichte van zichzelf en ten opzichte van de zon, de ster waar onze aarde omheen draait. We hebben afgesproken, dat de tijd die de aarde nodig heeft om één volledig rondje rond de zon af te maken één jaar genoemd wordt. Zo is ook afgesproken, dat we één rotatie van de aarde om zijn eigen as één dag noemen.

Het past niet

Het zou erg mooi zijn, als de aarde in een precies aantal hele dagen het rondje rond de zon afmaakt. Dan zou het jaar precies 365 dagen zijn, bijvoorbeeld. Helaas klopt het niet precies. Op het moment dat de aarde het rondje rond de zon heeft afgemaakt is ze nog bezig met een omwenteling rond de eigen as. Het komt dus niet precies uit. Het jaar duurt 365 dagen, 5 uren, 48 minuten en 45,1814 seconden , ongeveer 365 en een kwart dag. Omdat we nu eenmaal niet met kwart-dagen werken, sparen we die kwarten op en voegen ééns in de vier jaar een extra dag toe, de schrikkeldag. Het jaar dat we dat doen noemen we het schrikkeljaar. De bewuste dag wordt toegevoegd aan de kortste maand van het jaar, februari. In een schrikkeljaar heeft februari daarom geen 28 maar 29 dagen.

Schrikkeljaar

Als de aarde precies in 365 en een kwart dag rond de zon zou draaien, dan waren we met het systeem van een schrikkeldag eens in de vier jaar klaar. Helaas, het klopt niet helemaal. Om het systeem te corrigeren is afgesproken dat ééns in de honderd jaar de schrikkeldag achterwege blijft. Dus 1900 was géén schrikkeljaar, 2100 zal het ook niet zijn. Omdat met deze correctie weer net iets teveel wordt gecorrigeerd, gaat die regel eens in de vierhonderd jaar niet op. Ofwel: 2000 was wel een schrikkeljaar, 2400 zal het ook weer zijn. Het huidige systeem klopt bijna. We zitten er nu nog een paar minuten per jaar langs, dus zal ergens in de toekomst nog eens een schrikkeldag achterwege blijven, waar we die wel verwachten. Het is maar goed dat een legertje wetenschappers en computers dit allemaal voor ons uitrekent. Omdat de aarde nou eenmaal niet in een mooi aantal dagen rond de zon draait, zullen er steeds correcties op correcties op correcties etc. nodig blijven.

Aarde en maan

Hoe mooi we ook een bijna waterdichte tijdrekening in elkaar hebben geknutseld op basis van de bewegingen van aarde en zon, het blijft een feit dat we te maken hebben met natuurlijke processen. De baan van de aarde is niet eeuwig hetzelfde en ook de lengte van de dag wijzigt. De aarde draait samen met de maan het rondje rond de zon. We zeggen dat de maan rond de aarde draait, maar omdat de aarde niet stil staat terwijl de maan dat doet, kun je beter zeggen dat de maan een soort spiraalbeweging maakt rond de voortsnellende aarde. Door de relatief korte afstand tussen maan en aarde wordt de baan van de aarde door de zwaartekracht van de rond-wentelende maan beïnvloed. Ook de aarde maakt daardoor een lichte spiraalbeweging. Door de beweging van de maan en diens zwaartekracht, wordt een heel klein beetje invloed uitgeoefend op de omwentelingssnelheid van de aarde, en dus op de lengte van onze dag.

Dag

We hebben de lengte van de dag precies vastgesteld in 24 uren, ieder weer verdeeld in 60 minuten, die op hun beurt in 60 seconden zijn verdeeld. Op deze manier kun je gemakkelijk achterhalen dat de seconde hetzelfde is als het 1/86400 deel van de gemiddelde dag. Maar omdat de dag niet zo constant is als we vaak denken, is deze definitie niet zo betrouwbaar. Als de dag een heel klein beetje in lengte verschilt, zou dat consequenties hebben voor de lengte van de seconde op die dag, of in dat jaar. Het kan natuurlijk niet zijn dat een uur, minuut of seconde een variabele lengte heeft. Stel je voor wat dat voor effect zou hebben op bijvoorbeeld sportrecords. We hebben daarom de zaak omgedraaid. De lengte van de seconde is precies vastgesteld op een vast aantal perioden van straling, corresponderend met de overgang tussen energieniveaus van het cesium-133-atoom. Alle atoomklokken op aarde zijn hierop gebaseerd en alle officiële tijdbepaling op aarde gebruikt dit als maat.

Variabele dag

De lengte van een dag is met behulp van de 'vaste secondemaat' precies uit te rekenen. Er zitten 60 seconden in een minuut, 60 minuten in een uur en 24 uur in een dag, dus je hebt 60 x 60 x 24 seconden in één dag zitten. We hebben echter ook gezien dat de maan een heel klein beetje invloed heeft op de omwentelingssnelheid van de aarde. Hierdoor kan het voorkomen, dat de uitgerekende dag niet helemaal overeenkomt met de werkelijke dag. De verschillen zijn per dag overigens maar heel klein, het gaat om verschillen van misschien ongeveer 0,0008 seconde per dag.

Oplossing: de schrikkelseconde

Om de fout te corrigeren wordt soms één extra seconde ingevoegd. Hierdoor lopen de berekende dag en de werkelijke dag weer met elkaar in de pas. Deze extra seconde noemen we schrikkelseconde. Zo'n schrikkelseconde is gemiddeld ongeveer één keer in de anderhalf jaar nodig.

Waar komt de schrikkelseconde?

De schrikkelseconde wordt overal ter wereld op precies hetzelfde moment ingevoegd, meestal op 30 juni of 31 december. Voor Greenwich (in Engeland, waar de 0-meridiaan doorheenloopt) en dus ook voor Nederland en België zit het moment net voor middernacht. Van 23:59u en 59 seconden springt de klok dan naar 23:59u en 60 seconden, en daarna pas naar 0:00u en 00 seconden. Omdat de schrikkelseconde over de hele wereld precies tegelijk wordt ingevoegd, zal het in andere tijdzones op een ander moment van de dag zijn.

Hoe vaak?

De schrikkelseconde wordt ongeveer eens in de achttien maanden ingevoegd. De invloed van de zwaartekracht van zon en maan spelen een rol, maar ook de afstand tussen deze hemellichamen. Aangezien hemellichamen geen perfecte cirkelbaan hebben, maar een meer elliptische baan, kunnen aarde en maan soms dichter bij elkaar zijn, soms juist iets verder uit elkaar. Hoe dichter bij, hoe meer invloed. Sinds de invoering van het schrikkelseconden-systeem in 1972 is de schrikkelseconde 26 keer ingevoegd. Hieronder zie je een schema. Je ziet in het schema ook dat de laatste paar keren de tussenliggende periode groter was. Als de schrikkelseconde nodig is, wordt deze ruim van tevoren vastgesteld.

Schema van ingevoerde schrikkelsecondes

Een toegevoegde seconde, een schrikkelseconde staat in dit schema als + 1 seconde. Theoretisch is ook een correctie mogelijk door een seconde over te slaan, dat zou weergegeven worden als - 1 seconde. Sinds de invoering van het systeem heeft zich dat echter nog niet voorgedaan.

Problemen

Computersystemen, netwerkservers, webservers, ze kunnen allemaal van streek raken door de onverwachte seconde. Het blijkt ook steeds dat deze problemen inderdaad bestaan. Na de invoering van de schrikkelseconde op 30 juni 2012 waren er verschillende problemen, zo vielen bijvoorbeeld de webservers van bijvoorbeeld Amazon en LinkedIn uit, wat op 1 juli 2012 tot verbindingsproblemen leidde.

Niet iedereen is er blij mee

Vanaf 2005 wordt over de wenselijkheid van schrikkelsecondes gesproken. Sommigen zijn voorstander, anderen zouden liever alle schrikkelsecondes opsparen tot er een schrikkeluur kan worden ingevoegd. Hierover zouden nadere afspraken gemaakt worden op de World Radiocommunication Conference die begin 2012 in Genève werd gehouden. Er was echter onvoldoende overeenstemming, dus het onderwerp is doorgeschoven naar de volgende conferentie, die in 2015 werd gehouden. Hier werd geconcludeerd dat meer onderzoek nodig is, een onderzoek dat loopt tot 2023. Dan zal worden geconcludeerd of de schrikkelseconde moet worden gehandhaafd. Tot die tijd zal de schrikkelseconde dus gemiddeld elke 18 maanden blijven voorkomen.

Samengevat

De schrikkelseconde is nodig om de langer wordende dag in de pas te laten lopen met de berekende dag, en is gemiddeld ongeveer ééns in de achttien maanden nodig. In de praktijk zullen we weinig merken van de extra seconde, alleen voor computersystemen kan het een probleem zijn.