Karkaussekunti lisätään kesäkuun lopulla UTC aikaan

Kuva IERS.

Earth Orientation Center of the International Earth Rotation and reference System Service (IERS) on päättänyt, että karkaussekunti lisätään tämän vuoden kesäkuun loppuun. Lisäys on tarpeen syystä, että maapallon pyöriminen on hidastunut sen verran, että koordinoidun yleisajan (UTC)[1] ja atomikellojen ajan (TAI)[2] välinen aika ero on kasvanut 0,9 sekuntiin. 

Karkaussekunteja on lisätty yleisaikaan vuoden 1972 jälkeen kaikkiaan 25 kertaa ja nyt kesäkuun lopussa tehtävä lisäys on 26. Tätä ennen karkaussekunti lisättiin kesäkuun lopussa vuonna 2012.

Karkaussekunteja lisätään joko kesäkuun tai joulukuun lopussa. Pakottavissa tapauksissa karkaussekunteja voidaan lisätä myös maaliskuun tai syyskuun lopussa. Toistaiseksi maaliskuun tai syyskuun loppuun ei ole ollut tarvetta lisättä karkaussekuntia.

Laajemmin karkaussekunnista

http://avaruusmagasiini.blogspot.fi/2015/01/karkaussekunti-kesakuun-loppuun.html

Huomautukset

[1] Koordinoitu yleisaika (UTC) perustuu UT1 aikaan, joka puolestaan on synkronoitu maapallon pyörimiseen ja siitä tehtyihin havaintoihin. Maapallon pyörimisnopeutta seurataan käyttäen Very Long Baseline Interferometry (VLBI) radioverkon tekemiä havaintoja.

[2] Kansainvälistä atomiaikaa (Temps Atomique International,  TAI) hallinnoi ja laskee Bureau International des Poids et Mesures (BIPM).

Karkaussekunti kesäkuun loppuun

Lisätyt karkaussekunnit vuodesta 1972 lähtien. Piirros IERS.

Kansainvälinen Maan pyörimisen ja viitejärjestelmien palvelu (IERS) on päättänyt lisätä kesäkuun loppuun yhden ylimääräisen sekunnin. 

Lisäys tehdään koordinoituun yleisaikaan (UTC) seuraavasti:

30.6.2015   23 h 59 m 59 s

30.6.2015   23 h 59 m 60 s

17.1.2015     0 h   0 m   0 s

Kansainvälisen atomiajan (TAI)^[1] ja UTC^[2] aikojen välinen ero (UTC-TAI) on ollut (1.7.2012 alkaen) -35 s ja on heinäkuun alun jälkeen -36 sekuntia. Korjaussekunteja lisätään siten, että korjaamaton aikaero aikajärjestelmien välillä ei ole suurempi kuin 0,9 sekuntia.

Aikaero ja sen korjaustarve johtuu maapallon pyörimisen hidastumisesta. Nykyisellään hidastuminen on suunnilleen 1,7 ms vuosisadan aikana. Hidastumisvauhti ei tunnu äkkiseltään kovinkaan suurelta, mutta se kertyy keskimääräisesti jokaiselta vuorokaudelta sadan vuoden aikana, niin lopputulos on hieman yli puoliminuuttia.  Näin suurta eroa maapallon pyörimisen, koordinoidun yleisajan ja Kansainvälisen atomiajan kesken ei voida hyväksyä.

Maapallon vuorokauden pituuden vaihtelu
Kansainväliseen atomiaikaan verrattuna
1600-luvulta alkaen. Piirros IERS.

TAI ja UTC aikojen välinen korjaus otettiin käyttöön vuonna 1972, jonka jälkeen korjauksia on tehty kaikkiaan 25 kertaa, viimeksi siis vuoden 2012 kesäkuun lopussa.

Lisäämisajankohta määräytyy toteutuneen pyörimisnopeuden hidastumisen perusteella ja perustuu siis tarkkoihin havaintoihin. Hidastuminen (vuorokauden pituuden kasvu 1,72 ms sadassa vuodessa) on vain karkea keskiarvo ja todelliseen hidastumiseen ja pyörimisnopeuteen vaikuttavat monet tekijät; esimerkiksi vuodenaikainen vaihtelu siten, että maapallon pohjoiset mantereiden ja Jäämeri saavat lumi- ja jääpeitteen, nopeuttavat pyörimistä. Vastaavasti lumien ja jään sulaminen hidastavat pyörimistä ^[3].

Vuorokauden pituus vuoden 2014 aikana.
Piirros IERS.

Yksi pyörimisnopeuteen vaikuttava tekijä on laattatektooninen. Mannerlaattojen siirtyminen ja subduktioalueilla tapahtuvat massan siirtymät vaikuttavat kaikki suoraan maapallon pyörimisnopeuteen. Samoin vuoristojen kohoaminen ja rapautuminen aiheuttavat omat vaikutuksensa pyörimisnopeuteen.

Ilmakehässä tapahtuvat massansiirrot muuttavat maapallon vuorokauden pituutta jatkuvasti. Näitä tekijöitä ei voida luotettavasti ennakoida, joten korjaukset aikajärjestelmään on tehtävä vain havaintojen perusteella.

Huomautukset

[1] Kansainvälinen atomiaika joka otettiin käyttöön vuonna 1972 ja on sen jälkeen edennyt tasaisesti sekunnin määritelmän mukaisesti.

[2] Koordinoitu yleisaika UTC, joka on käytännössä myös sama kuin Greenwichin yleisaika GMT, on käytössä oleva kellonaika. Paikallinen yleisaika saadaan kun GMT aikaan lisätään (Suomessa) 2 h (normaaliaika) tai 3 h (kesäaika). 

[3] IERS määrittelee maapallon pyörimisaikaan vaikuttavat tekijät pyörimismomenttiin vaikuttavina tekijöinä, joita ovat: Maapallon ytimen ja manttelin (CAM), hydrologiset (HAM, valtameret (OAM), Ilmakehän (AAM) pyörimismomentit. Lisäksi otetaan huomioon moni muita tekijöitä. 

Analemma

Analemma Tampereen horisontin mukaan.
Tämä analemma on tehty tähtikarttaohjelmalla,
mutta sen voisi yhtä hyvin tehdä valokuvaamalla.
Kuva Kari A. Kuure.

Talvipäivänseisauksena (22.12.2014) on syytä miettiä hieman Auringon näennäistä liikettä taivaalla. Tähän aikaan vuodesta Aurinko näyttäytyy keskipäivälläkin hyvin lähellä horisonttia ja napapiirin pohjoispuolella se ei edes nouse horisontin yläpuolelle. 

Tästä eteenpäin Aurinko näyttäytyy keskipäivällä aina vain korkeammalla ja korkeammalla kunnes kesäpäivän seisauksen aikaan se saavuttaa näennäisen ratansa pohjoisimman pisteen ja on kaikkein korkeimmillaan etelähorisontista.

Jos tarkkailet Auringon asemaa horisontin suhteen talvipäivänseisauksesta eteenpäin, niin voit huomata, että jostakin syystä Aurinko ylittää etelämeridiaanin muutaman sekunnin myöhemmin perättäisinä päivinä käyttämäämme (keskiaurinko)aikaan (UTC+aikavyöhyke) nähden^[1]. Näin jatkuu aina helmikuun puoliväliin asti, jolloin ero on lähes 15 minuuttia talvipäivänseisauksen aikaan tapahtuneeseen meridiaanin ylityksen kellon aikaan nähden. Helmikuun puolivälin jälkeen aikaero vähenee ja viimein huhtikuun puolivälissä aikaeroa ei enää ole.

Huhtikuun puolivälin jälkeen Aurinko ylittää meridiaanin etuajassa parin kuukauden aikana. Aikaero on noin 4 minuuttia toukokuun puolivälissä, jonka jälkeen se jälleen pienenee. Kesäkuun puolivälissä se on jälleen nolla, mutta tästä eteenpäin Aurinko näyttäisi jälleen jätättävän: heinäkuun lopulla aikaero on noin 6 minuuttia. Elokuussa aikaero vähenee ja syyskuun alkupuolella se on jälleen nolla. Tästä eteenpäin aina seuraavaan talipäivänseisaukseen asti Aurinko ”edistää” ja aika ero on suurin marraskuun alkupuolella ollen lähes 17 minuuttia.

Jos merkitsit tekemäsi havainnot vaikkapa ruutupaperille tai valokuvasit Auringon aseman aina samaan kellon aikaan, voit muodostaa havainnoistasi mielenkiintoisen, hieman 8-numeroa muistuttavan kuvion. Tätä kuviota kutsutaan analemmaksi.

Analemma muodostuu kahden maapallon liiketekijän seurauksena. Ensimmäinen niistä on Auringon näennäiseen pohjois-eteläsuuntaiseen liikkeeseen vaikuttava maapalon pyörimisakselin suunta, joka pysyttelee tähtien suhteen muuttumattomana ja on noin 23,5° ratatason kohtisuoraan nähden kallellaan. Talvella pyörimisakseli on kallistunut mainitun 23,5° verran poispäin Auringosta ja kesällä se on saman verran kohti Aurinkoa. Tämä tekijä selittää Auringon korkeuden vaihtelun etelämeridiaania ylitettäessä.

Toinen tekijä ei olekaan aivan yhtä selkeä ja helposti ”keksittävissä” vaikka tämäkin on tunnettu jo ainakin 400 vuotta. Kyseessä on maapallon radan elliptisyys ja siihen liittyväratanopeuden muutos. Talvella perihelin aikaan (4.1.) Maapallo on radallaan kaikkein lähimpänä Aurinkoa ja samaan aikaan etenemisvauhti on suurin. Suuremmasta vauhdista johtuen maapallo etenee keskimääräistä pidemmän matkan avaruudessa. Maapallon pyörimisvauhti (kulmanopeus) ei kuitenkaan muutu, joten lopputuloksena on, että meridiaanin ylitys tapahtuu muutaman sekunnin myöhemmin kuin edellisenä päivänä; Aurinko näyttää ”jätättävän”.

Vastaavasti maapallon ollessa aphelin (6.7.) puoleisessa osassa rataa planeettamme eteneminen Auringon kiertoradalla tapahtuu keskimääräistä hitaammin ja Aurinko näyttää hieman ”edistävän”. Molempien tekijöiden yhdistyessä syntyy analemma.

Tätä kaaviota voi käyttää aurinkokellon ajantasaukseen, tekstissä 

on kerrottu kuinka se tapahtuu. Joissakin toisissa lähteissä

käyrä voi olla peilikuva ja silloin lähtökohtana on kellon

näyttämä aika ja laskutoimituksen tuloksena saadaan

aurinkoaika. Piirros Kari A. Kuure.

Vuotuinen ratanopeuden vaihtelu näkyy myös tavallisessa aurinkokellossa, jos joku sitä nykyisin vielä käyttäisi vuorokauden ajan määrittämiseen. Jotta kellosta saisi oikean ajan, Auringon näennäinen ”edistäminen” ja ”jätättäminen” pitää ottaa huomioon. Silloin puhutaan ajantasauksesta vaikka kyseessä on siis maapallonratanopeuden vaihtelu elliptisellä radallaan. 

Jos käytettävissäsi on päivittäinen taulukko ajantasaukselle, korjaus todellisen aurinkoajan muuttamiseksi keskiaurinkoajaksi on helppo tehdä. Ellei taulukkoa ole, niin silloin likimääräiseen korjauksen saa oheisesta kaaviosta: viivan (0 minuuttia) yläpuolinen arvo lisätään aurinkoaikaa näyttävän aurinkokellon ilmoittamaan aikaan. Vastaavasti alapuolinen arvo täytyy vähentää, jotta saataisiin keskiaurinkoaikaan perustuva käytetty kellon aika.

Huomautukset

[1] Keskiaurinkoaika on laskennallinen suure, joka perustuu pariin olettamukseen maapallon rataliikkeestä. Ensinnäkin vuosi on yhtä pitkä kuin todellinen vuosi, mutta maapallo rata olisi täysin ympyrä. Toinen olettamus on, että maapallon pyörimisakseli olisi täysin kohtisuorassa ratatasoon nähden. Tällöin Auringon näennäinen rata tähtitaivaalla olisi täysin ekvaattoritasossa.

Nykyisin ajanmittaus ja määritelmät perustuvat atomikellojen käyttöön, johtuen siitä, että maapallon pyöriminen tai edes liike radallaan Auringon ympäri ei ole riittävän tarkkaa, vaan niissä kummassakin tapahtuu tarkkuutta heikentäviä muutoksia ja heilahteluja; esimerkiksi maapallon pyöriminen itsensä ympäri hidastuu 1,7 ms vuorokaudessa jokaista sataa vuotta kohti.

Nykyisin käytössä oleva UTC eli koordinoitu yleisaika on atomikelloilla ylläpidetty järjestelmä, jonka lukemaa korjataan mm maapallon pyörimisen hidastumisen vuoksi. Näin keskiaurinkoaika ja UTC-aika pysyttelevät tietyllä tarkkuudella samoissa lukemissa.

Harrastajan tähtitaivas: auringonpimennys 3. marraskuuta

Auringonpimennys 3. marraskuuta.
Piirros esittää piemnnystä
Kap Verden horisontin mukaisena.
Kuva Kari A. Kuure

Tämän vuoden viimeinen auringonpimennys nähdään marraskuun 3. päivänä. Se on tyypiltään hybridi^[1], eli osa täydellisyysvyöhykkeellä näkyvästä pimennyksestä on rengasmainen ja osa täydellinen. Valitettavasti täydellinen pimennys on näkyvissä suurimmaksi osaksi Atlantilla ja vain pimennyksen loppuosa on nähtävissä kuivalta maalta. Suomesta pimennystä ei voi nähdä.

Pimennys alkaa kello 10.04 UT Karibianmerellä auringonnoustussa. Kuun täysvarjo kulkee kohti kaakkoa ja syvin pimennys tapahtuu Liberian lounaispuolella kello 12.47.35 UT. Tämän jälkeen varjon reitti lähestyy päiväntasaajaa ja rantautuu Afrikkaan Cabonin rannikolla. Siitä se jatkaa Kongoon ja Kongon demokraattisen tasavaltaan, Ugandaan, Keniaan ja Etiopiaan, jonka Somalian vastaisella rajalla pimennys päättyy kello 15.28.21 UT.

Etelä-Euroopan alueella pimennys näkyy osittaisena, joskin Auringon kiekon peittyminen jää parhaimmillaankin alle 20 %:n Ollen esimerkiksi Etelä-Italiassa ja Sisiliassa 0–10 % ja Turkin etelärannikolla hieman enemmän. Kanarian saarilla (kello 12.15 UT^[2]) ja Madeiralla (kello 11.45 UT) peittyminen on noin 40 %.

Aurinkoa ei saa katsoa suojaamattomin silmin. Jos matkustat ulkomaille katsomaan auringonpimennystä, ota jo Suomesta mukaan sopivat suojavälineet kuten auringonpimennyslasit (saatavissa Ursasta) ja (kamera)optiikkaa varten AstroSolar-kalvosta valmistettu aurinkosuodin. Suojaamattomat silmät vaurioituvat ja saattavat jopa sokeutua voimakkaan auringonvalon vaikutuksesta. Vauriot ovat pysyviä!

Huomautukset

[1] Useita erilaisia peittymisasteita läpikäyvä pimennys johtuu Kuun etäisyyden erilaisuudesta eri pimennysten aikoina. Silloin kun Kuu on lähimpänä maapalloa, Aurinko voi peittyä jopa yli 7 minuutiksi Kuun taakse. Kuun etäisyyden ollessa suurempi, peittymisen kesto lyhenee ja kun Kuun on ratansa kaukaisimmassa pisteessä, se ei pysty peittämään Aurinkoa kokonaan, vaan siitä jää näkyviin ohut kaista reunasta. Tällöin pimennystä kutsutaan rengasmaiseksi.

Sopivalla etäisyydellä Kuun täysvarjo yltää juuri ja juuri maanpinnalle. Tällöin kuitenkin osa pimennyksestä on yleensä rengasmainen. Rengasmaisuus voi olla joko pimennyksen alussa tai lopussa, mutta myös kuten nyt, pimennyksen alkaessa ja päättyessä.

[2] UT lyhenne tarkoittaa Universal Time, jota käytetään tähtitieteessä. Ero UT ja UTC (vuodesta 1972) ajan välillä on noin 37 sekuntia. Toisin sanoen, edellä ilmoitettuihin UT aikoihin täytyy lisätä noin 37 sekuntia UTC ajan laskemiseksi ja siihen edelleen lasketaan aikavyöhykekorjaus paikallisaikaan päästäksemme.

UT ajassa ei ole otettu huomioon erilaisista kalenteriaikaan vaikuttavia epätarkkuustekijöistä johtuvia korjauksia Vuonna 1972 otettiin käyttöön atomikellojen mittaama UTC-aika (Coordinated Iniversal Time). Se korvasi siihen asti käytetyn Greenwichin observatorion keskiaurinkoajan GMT (General Mean Time) tai UT1. Ero näiden kahden ajan välillä ei kuitenkaan ole suuri.  Suomessa paikallinen vyöhykeaika on kaksi tuntia enemmän kuin UTC.

UT1 ja UTC aikojen välinen ero pidetään aina pienempänä kuin 0,9 sekuntia. Jos ero pyrkii kasvamaan suuremmaksi, UTC aikaan lisätään ns. karkaussekunti. Lisäykset tehdään tarvittaessa kesäkuun tai joulukuun lopussa vuorokauden viimeiseen minuuttiin lisäämällä tai poistamalla yksi sekunti.

Suurin syy aikaeron syntyyn on maapallon pyörimisen hidastuminen. Keskimäärin hidastuminen on  noin 1,72 ms vuorokaudessa sadan vuoden aikana. Hidastuminen ei kuitenkaan ole tasaista, vaan siihen vaikuttaa mm vuodenaikojen vaihteluun liittyvät (vesi)massan siirtymiset. Myös maanjäristykset siirtävät maamassoja, joilla on oma vaikutuksensa maapallon pyörimiseen.