Skottsekunden – Litet symptom på stora krafter

Den som hade tittat på en av de klockor som håller reda på världens tid vid årsskiftet hade sett något märkligt vid midnatt. Efter 23:59:59 så kom 23:60:00 innan 00:00:00. Vadan detta? Jo, vid årsskiftet sköt man in en skottsekund. I Sverige var klockan förstås då redan 01:00:00.

Nu är inte detta särskilt ovanligt. Skottsekunder har tidigare skjutits in sista december 1998, 30 juni 1997, 31 december 1995 och ytterligare femton gånger de senaste trettio åren.

Anledningen till att man måste föra in skottsekunder är att tiden hålls med mycket exakta atomklockor, som med extrem precision håller sin hastighet. Jorden däremot snurrar allt långsammare, och lite ojämnt dessutom.

Medelsoldagar och lokal tid

Räknar man efter så finner man att det går 86 400 sekunder på ett dygn. Detta är också definitionen av en sekund – 1/86 400-del av genomsnittet av en medelsoldag under perioden 1750–1892.

Medelsoldag? Jorden roterar med en (åtminstone i det här sammanhanget) konstant hastighet medan jordens fart i banan runt solen varierar en aning. Effekten av detta är att under den del av banan då Jorden är som närmast solen, och alltså rör sig aningen snabbare, så hinner jorden inte riktigt med att rotera från soluppgång till soluppgång på samma tid som den hinner när den är lite längre från solen och alltså rör sig lite långsammare i sin bana. Detta gör att det dygn vi upplever varierar med 40 sekunder under ett år, något som den grekiske astronomen Ptolemaios visste om redan på 100-talet e.Kr.

Eftersom Sverige är åtskilliga mil från öst till väst går dessutom solen upp vid olika tider på dygnet på olika platser på samma breddgrad. Åtminstone nuförtiden, för fram till 1800-talets mitt hade alla orter en egen tid.

– Men i och med att järnvägarna spred sig blev detta mer och mer ohållbart, så 1878 införde man en enhetligt svensk normaltid, som motsvarar en lokal tid 15 grader öster om London, säger Lennart Samuelsson, docent i Fysik vid Linköpings universitet.

År 1884 beslutade man att hela Jorden skulle delas in i 24 tidzoner, och Engelska Greenwich valdes efter mycken vånda som global "nolltid". Sexton år senare anslöt sig Sverige till detta system.

Det dygn som vi till vardags använder är i princip den genomsnittliga längden på tiden från soluppgång till soluppgång, och det går 86 400 sekunder på ett sådant dygn. I atomtiden å andra sidan definieras en sekund som 9 192 631 770 perioder av en typ av strålning hos atomen cesium 133.

Månbromsen

Vardagsdygnet blir – till skillnad från atomdygnet – något längre per århundrade. Orsaken till detta är i första hand månen och det tidvatten den orsakar.

– Tidvatteneffekten ger den mest stabila inbromsningseffekten och innebär att rotationstiden ökar med ungefär 1,5 millisekunder på 100 år, säger Lennart Samuelsson.

Tidvattnet är som en stående våg på jordytan under månen, där dess dragningskraft är som starkast, och på motsatt sida Jorden där månens dragningskraft är som svagast och centrifugalkrafter då orsakar en "bula". Under denna stående våg roterar Jorden och i princip så bromsar friktionen Jordens rotation.

En av nettoeffekterna av detta är att det förs över rotationsenergi från jorden till månen, vilket resulterar i att månen sakta men säkert avlägsnar sig från Jorden. Räknar man bakåt på detta finner man att dygnet under dinosauriernas tid bara var 16–18 timmar långt.

Efter ett århundrade är alltså dygnet drygt en millisekund "för långt", och ett år blir alltså uppåt en sekund för långt, eftersom klockan under var och ett av årets 356 dygn adderar någon eller några millisekunders fel. Alltså måste man klämma in en skottsekund lite nu och då för att få tideräkningen att gå ihop.

Snabbare efter tsunamin

Nu är de faktiska beräkningarna inte så enkla.

– Det finns andra och oregelbundna skäl till variation av rotationstiden också, säger Lennart Samuelsson. De beror på ändringar i Jorden själv, och de är oförutsägbara. De kan dessutom ackumuleras till stora belopp, betydligt större än via tidvatteneffekten.

Hit hör exempelvis jordbävningar och andra tektoniska rörelser. Dessa måste observeras och utifrån detta kan man sedan konstatera vad effekten på jordens rotation blev.

Vid den jordbävning som orsakade tsunamin i Sydostasien de sista dagarna 2004 så pressades den indiska kontinenten ner en bit, och alltså närmare Jordens centrum. Precis som en konståkare som snurrar fortare när hon eller han drar in armarna mot sitt rotationscentrum så gjorde denna geologiska händelse att Jorden snurrade lite fortare, ungefär tre miljondels sekund per varv.

Sådan oregelbundna ändringar i jordens rotationshastighet gör att man ibland måste lägga till – eller ta bort! – en skottsekund.

Tiden kan vara ute

Det finns förslag på att strunta i skottsekunder eftersom det ställer till vissa problem för bland annat programmerare och GPS-systemets tidssignal att det ibland dyker upp en extra sekund. Det skulle dock på sikt medföra att klockans tid och dygnets variationer skulle bli mer och mer frikopplade från varandra. Att solen går upp vid "midnatt" skulle nog kännas synnerligen märkligt, något som skottsekundens försvarare snabbt påpekat. Det skulle dock ta lång tid – sekler eller årtusenden – innan problemet skulle bli så stort.

Även astronomerna har vissa invändningar, eftersom de är beroende av tiden för att kunna ställa in sina teleskop så exakt som möjligt. Om den vardagliga tiden inte stämmer överens med den astronomiska blir detta besvärligare. Liknande problem skulle drabba de som håller reda på satelliter.

En kompromisslösning skulle kunna vara att låta skottiden växa till en timme innan man korrigerar den. Hur det än blir är ett beslut i frågan att vänta under 2006. Kanske är skottsekundens tid räknad.