Julianisches Datum
Einheit außerhalb des Systems · Größe: ein Zeitpunkt in fortlaufender Tageszählung
Ein Astronom, der ein Beobachtungsdatum vom anderen abziehen muss, gerät in eine missliche Lage: zwischen ihnen können Monate ungleicher Länge liegen, Schaltjahre, die beim Übergang zum gregorianischen Kalender gestrichenen zehn Tage, und bei alten Finsternissen überdies mehrere unvereinbare Systeme der Jahreszählung. Das julianische Datum nimmt all das mit einem Schlag weg, denn es nummeriert die Tage einfach der Reihe nach, ohne Monate und ohne ein Jahr null: heute läuft der -te Tag seit dem Beginn der Zählung, gestern lief der vorige, und die Differenz zweier Beobachtungen findet man durch Subtraktion.
Den Anfang der Zählung legte Joseph Scaliger auf den ersten Januar des Jahres 4713 vor unserer Zeitrechnung im julianischen Kalender — nicht weil dort etwas geschehen wäre, sondern weil in diesem Punkt drei in der Chronologie gebräuchliche Kalenderzyklen zugleich begannen. Den Tag ließ er zu Mittag anfangen, und das erwies sich als Glücksfall: eine Beobachtungsnacht liegt ganz innerhalb einer einzigen ganzen Zahl, während sich das Kalenderdatum mitten in ihr ändert. Einen Nachteil hat diese Zählung, dafür einen auffälligen: die Zahlen haben zweieinhalb Millionen überschritten, und um sie nicht in voller Länge zu schreiben, führte man 1957 ein verkürztes modifiziertes Datum ein.
01 · Definition
Das julianische Datum ist die Zahl der Tage, die seit Mittag des ersten Januar des Jahres 4713 vor unserer Zeitrechnung im julianischen Kalender verstrichen sind, mit einem Bruchteil, der den Anteil des laufenden Tages zählt. Die ganze Zahl der Tage ohne Bruchteil heißt julianische Tagesnummer, und um nicht sieben Stellen zu schreiben, zieht man vom Datum 2 400 000,5 ab und erhält das modifizierte julianische Datum, dessen Tag bereits um Mitternacht beginnt.
Der mittägliche Tagesbeginn wurde um des Beobachters willen gewählt: die Nacht vom Abend bis zum Morgen fällt in die Mitte des julianischen Tages, und alle Aufzeichnungen einer Schicht erhalten dieselbe ganze Zahl, während sich im Kalender mitten in dieser Nacht das Datum ändert. Beim modifizierten Datum ist der Anfang gerade deshalb zur Mitternacht verschoben, weil es nicht für das Teleskop gedacht war, sondern für die Funkverfolgung von Satelliten, wo die Schicht rund um die Uhr arbeitet und die Aufzeichnungen leichter mit dem bürgerlichen Kalender in Einklang zu bringen sind.
Julianisch heißt das Datum nicht nach dem julianischen Kalender, sondern nach Julius Caesar Scaliger, dem Vater des Urhebers — ein unglückliches Zusammentreffen, das aber niemand mehr richtigstellen wird. Den Anfang der Zählung selbst wählte Scaliger arithmetisch: er nahm drei chronologische Zyklen, den Sonnenzyklus von achtundzwanzig Jahren, den Mondzyklus von neunzehn und den Indiktionszyklus von fünfzehn, und suchte das Jahr, in dem alle drei zugleich begannen. Das Produkt dieser Zahlen ergibt 7980 Jahre, und der nächste solche Punkt fällt erst auf das Jahr 3268.
Das julianische Datum legt für sich keine Zeitskala fest, sondern nur eine Art, einen Zeitpunkt zu schreiben; darum gibt man in strengen Arbeiten an, in welcher Skala der Bruchteil genommen ist: JD(UTC) für Beobachtungen, JD(TT) für Ephemeriden, und bei der Bearbeitung von Lichtkurven überdies eine baryzentrische Korrektur, da das Licht eines Sterns verschiedene Punkte der Erdbahn mit einem Unterschied von bis zu sechzehn Minuten erreicht.
Führen Sie die Zeit mit dem Schieber in Weltzeit und achten Sie auf zwei Marken: die goldene ist die Grenze des julianischen Tages zu Mittag, die rote die bürgerliche Mitternacht. Während das Teleskop arbeitet, geht die rote Linie mitten durch die Schicht und das Kalenderdatum wechselt, die goldene aber bleibt weit abseits, so dass alle Aufzeichnungen der Nacht eine einzige ganze Zahl tragen.
Licht eines fernen Sterns erreicht die Erde im Januar und im Juli nicht zur selben Zeit: den Durchmesser der Erdbahn durchquert es in sechzehneinhalb Minuten. Für die Lichtkurve eines veränderlichen Sterns ist eine solche Größe gewaltig, und darum bezieht man die Beobachtungen auf den Massenmittelpunkt des Sonnensystems und schreibt sie als baryzentrisches Datum BJD. Wird diese Korrektur vernachlässigt, so zeichnet sie falsche Periodenänderungen, die es im Stern selbst nicht gibt.
02 · Umrechnung
Geben Sie ein Datum oder eine Tagesnummer ein
Die Umrechnung zwischen allen verkürzten Formen ist exakt, da sie vom julianischen Datum nur eine abgezogene Konstante trennt. Die Kalenderzeile berechnet man nach dem üblichen Verfahren, die Skala des Bruchteils aber hängt davon ab, wo die Zeit genommen wurde: JD in UTC und JD in terrestrischer Zeit unterscheiden sich heute um 69,2 Sekunden.
Daten vor 1582 liest das Blatt im julianischen Kalender, wie es in der Chronologie üblich ist; der Kalenderschalter steht bei den feineren Einstellungen des Blattes.
Der Bruchteil des julianischen und des modifizierten Datums ist um einen halben Tag verschoben, und daher fällt ein ganzes MJD auf Mitternacht, ein ganzes JD aber auf Mittag. Ein Irrtum um diesen halben Tag ist der häufigste bei der Bearbeitung archivalischer Beobachtungen: er verdirbt Differenzen innerhalb einer Reihe nicht, verschiebt aber die Phase eines veränderlichen Sterns um genau eine halbe Periode, wenn Reihen zusammengefügt werden.
| Wert | Anmerkung | ||
|---|---|---|---|
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03 · Größenordnungen
logarithmische Skala: vom Tag bis zur ganzen Periode04 · Messgeräte
Womit einer Beobachtung das Datum gegeben wird
Anderthalb Jahrhunderte lang schrieb man das Datum einer Beobachtung mit der Hand ins Journal, und die julianische Tagesnummer war dafür gerade deshalb bequem, weil sie sich mitten in der Schicht nicht änderte. Die so gesammelten Archive von Lichtkurven veränderlicher Sterne sind bis heute in Gebrauch: ohne fortlaufende Zählung wäre es kaum möglich, Beobachtungen des neunzehnten Jahrhunderts an die heutigen anzuschließen.
Der Sterntag ist um fast vier Minuten kürzer als der Sonnentag, und die Uhr des Beobachters ging nach den Sternen, damit das Teleskop ohne Rechnung nach der Rektaszension eingestellt werden konnte. Eine Beobachtung in Sternzeit aufzuschreiben geht jedoch nicht, denn sie taugt nicht für Differenzen, und darum stand daneben stets eine zweite, bürgerliche Uhr, und ins Journal kam eben das julianische Datum.
Im Kopf jeder heutigen Aufnahme stehen Anfang und Ende der Belichtung, und für die Fotometrie nimmt man die Mitte. Man schreibt sie im modifizierten Datum, da dieses kürzer ist und ohne Stellenverlust in eine gewöhnliche Gleitkommazahl passt, während das volle julianische Datum die ganze Genauigkeit auf seinem ganzzahligen Teil aufzehrt.
Sein Datum erhält eine Beobachtung nicht von der Uhr an der Wand, sondern von einem Empfänger, der das Signal eines Satellitensystems auffängt, und die Genauigkeit des Stempels reicht bis zu einigen zehn Nanosekunden. Der Empfänger gibt die Zeit in der UTC-Skala, darum bringt der Bearbeiter den Bruchteil des Datums selbst auf die terrestrische Zeit, indem er den laufenden Versatz und die Konstante von 32,184 Sekunden hinzufügt.
05 · Schreibregeln
Ein Datum ohne Skala ist unvollständig
Die Bezeichnungen schreibt man in Großbuchstaben ohne Punkte, und die Zahl selbst trennt man durch einen Zwischenraum; die Skala, in der der Bruchteil genommen ist, gibt man in Klammern an, da zwischen JD in UTC und JD in terrestrischer Zeit mehr als eine Minute liegt. Die Formen der Zählung vermischt man nicht: das modifizierte Datum hat seine eigene Konstante und seine eigene Mitternacht, und ihm «JD» anzuhängen ist auch im Entwurf nicht zulässig.
Die erste Schreibweise hängt einer modifizierten Zahl eine fremde Bezeichnung an und verschiebt den Zeitpunkt um zweieinhalb Millionen Tage. Die zweite setzt Punkte in die Bezeichnung, was weder für JD noch für MJD geschieht. Die dritte verliert eben jenen halben Tag, dessentwegen die eine Form ihren Tag zu Mittag beginnt und die andere um Mitternacht. Die vierte aber verwechselt die Anfänge.
06 · Benachbarte Einheiten
Daneben stehen alle verkürzten Formen derselben Zählung, für verschiedene Aufgaben ersonnen: das verkürzte Datum der Satellitentelemetrie, das reduzierte Datum alter Ephemeriden sowie die Zählung der Sekunden der POSIX-Epoche, nach demselben Grundsatz eingerichtet, nur von anderem Anfang und in anderen Einheiten.
Tage ab Mittag
Tage ab Mitternacht
fünf Stellen in der Telemetrie
Von den Datenblättern von Simetrium stehen daneben die Skalen UTC, TAI und UT1, die den Bruchteil des Datums festlegen, Tag als Einheit dieser Zählung, Zeitrechnung, bei dem die Nullpunkte verschieden sind, und Jahrhundert, dessen julianische Form von 36 525 Tagen in die Epochenformel eingeht.
07 · Historischer Teil
Eine Zählung, um des Subtrahierens willen erdacht
Ein Jahr nach der gregorianischen Reform gab Joseph Scaliger sein Werk über die Verbesserung der Zeitrechnung heraus, in dem er eine von keinem Kalender abhängige Zählung vorschlug. Den Anfang legte er in das Jahr, in dem der Sonnenzyklus von achtundzwanzig Jahren, der Mondzyklus von neunzehn und der Indiktionszyklus von fünfzehn zusammentrafen — so dass jedes antike Datum in die Periode fiel.
John Herschel zeigte in seinen «Outlines of Astronomy», wozu die chronologische Periode dem Beobachter nützt, und gab Tafeln zur Umrechnung. Die Astronomen nahmen sie rasch an, denn ihre Aufgabe war genau die, für die die Zählung taugte: ein Datum vom anderen abziehen und eine Zahl von Tagen erhalten, ohne an Monate oder Schaltjahre zu denken.
Die Verfolgung der ersten künstlichen Satelliten geschah per Telegraf und auf Rechenmaschinen, wo jede überzählige Stelle Geld und Fehler kostete. Da nahm man vom julianischen Datum 2 400 000,5 weg, entfernte auf einmal zwei Millionen und verschob den Tagesbeginn auf Mitternacht, und das so entstandene modifizierte Datum wurde zur Norm für jeden Dienst, der rund um die Uhr arbeitet.
Jedes Bild eines Durchmusterungsteleskops trägt im Kopf das modifizierte Datum der Belichtungsmitte, Kataloge veränderlicher Sterne aber geben die Epoche des Maximums als volles julianisches Datum an. Die Zählung hat eine Kalenderreform, einen Wechsel der Zeitskalen und den Übergang von der Fotoplatte zum Sensor überstanden, weil sie nichts beschreibt als die laufende Nummer des Tages.
Eine Größe ohne Normal und ohne Fehler
Das julianische Datum lässt sich nicht messen, und es gibt darin nichts zu prüfen: es ist keine Eigenschaft der Welt, sondern eine Art zu nummerieren, und seine Richtigkeit sichert die Arithmetik, nicht ein Gerät. Alles, was schiefgehen kann, liegt im Bruchteil, wo die wirkliche Physik auftritt: dort muss man wissen, in welcher Skala die Zeit genommen ist, ob der Versatz der Atomuhren berücksichtigt wurde und ob der Zeitpunkt auf den Massenmittelpunkt bezogen ist.
Eben das erklärt ihre Langlebigkeit. Kalender wurden ausgewechselt, zehn Tage per Erlass gestrichen, an die Sekunde Einfügungen angehängt und sollen nun abgeschafft werden, die laufende Nummer des Tages aber ging ihres Weges, ohne auf all das zu antworten. Eine 1860 als julianisches Datum aufgezeichnete Beobachtung wird von einer heutigen ohne eine einzige Reformkorrektur abgezogen — und genau das war gewollt.
Katalog · Maßeinheiten
Ein Datenblatt für jede Größe
Sieben SI-Basiseinheiten, zweiundzwanzig abgeleitete mit eigenem Namen und Größen außerhalb des Systems, ohne die weder Technik noch Kalender auskommen.