Der Sternenhimmel im Februar 2024

Als sich der Frühlingsbeginn verschob

Noch bis weit ins Altertum orientierten sich viele Völker am Lauf des Mondes. Doch wie wir wissen, ist das Mondjahr kürzer als das Sonnenjahr. In Ägypten erkannte man durch die Beobachtung des heliakischen, «zur Sonne gehörenden» Aufgangs des Hundssterns Sirius in der Morgendämmerung die wahre Länge des Sonnenjahrs von 365 Tagen. Als Pharao Ptolemaios III. diesen Umstand in Form einer Kalenderanpassung berücksichtigen wollte, stiess er auf Widerstand seitens der Priesterkaste, die ihre Rolle als «Kalenderpropheten» sowie Macht und Einfluss verloren hätte.

Der Kalender geriet folglich ziemlich aus den Fugen, und so hatte Julius Cäsar 46 v. Chr. den Auftrag, diesen zu reformieren. An seiner Seite hatte er mit Sosigenes aus Alexandria einen astronomischen Berater, der dem römischen Herrscher den Einschub eines ganzen Tages alle vier Jahre vorschlug. Bekanntlich ist das Sonnenjahr nicht exakt 365 Tage lang, sondern 365.24219052 Tage (365 d, 5 h, 48 min und 46 s), also einen knappen Vierteltag länger. So gesehen, machte Sosigenes Vorschlag durchaus Sinn; denn alle vier Jahre hatte sich der Vierteltag zu einem ganzen Tag aufsummiert.

Vielen von uns ist jedoch nicht bewusst, dass nicht der 29. Februar, sondern der 24. Februar «Schalttag» ist. Dies hat ebenfalls eine historische Bewandtnis: Bevor Caesar seine Reform einführte, wurde jedes zweite Jahr, entweder am 23. oder 24. Februar ein «Zusatzmonat», der 27- oder 28-tägige Mensis intercalaris oder lat. Mercedonius, eingefügt. Eben: Das Mondjahr ist kürzer als das Sonnenjahr, und so entstand alle zwei Jahre die oben genannte Zeitspanne, welche korrigiert werden musste.

So wurde der 24. Februar in den kirchlichen Kalender übernommen (und nicht, wie fälschlicherweise angenommen der 29.). Die Tagesheiligen verschieben sich in einem Schaltjahr um einen Tag nach hinten, während der 24. Februar offiziell als «Schalttag» geführt wird.

Auszug aus dem Appenzellerkalender 1940. Wir sehen den «Schalttag» am 24. Februar. (Quelle: Wikipedia)

Doch auch Caesars julianischer «Sonnenkalender» hatte seine Mängel. Das julianische Jahr ist 365.25636 Tage lang, elf Minuten länger als das Sonnenjahr, womit sich im Laufe der Zeit der Frühlingsbeginn innerhalb des Kalenders vorverschob, alle 130 Jahre um einen ganzen Tag! Im Jahr 1582 war es so, dass das Frühlingsäquinoktium auf den 11. März fiel und sich alle anderen astronomischen Ereignisse um 10 Tage nach vorne verschoben. Papst Gregor XIII. wollte diesen Makel beheben und führte noch im selben Jahr eine Korrektur durch. Auf den Donnerstag, 4. Oktober, folgte der Freitag, 15. Oktober. Um ein vergleichbares Abrücken des Frühlingstermins zu vermeiden, wurde im gregorianischen Kalender neu mit der Dauer des mittleren Kalenderjahres mit 365.2425 statt wie bisher mit 365.25 Tagen gerechnet. So entstanden die heute gängigen Schaltregeln: Ein Jahr ist dann ein Schaltjahr, wenn es ohne Rest durch 4 teilbar ist. Falls sich die Jahreszahl durch 100 restlos teilen lässt, ist es allerdings kein Schaltjahr (z. B. 1900). Falls auch eine Teilung durch 400 ganzzahlig möglich ist, dann ist es ein Schaltjahr, wie z. B. das Jahr 2000. Mit dieser Regelung pendelt der Frühlingsbeginn zwischen dem 19. und dem 21. März, anstatt symmetrisch um den 21. März.

Wie wir unschwer erkennen, ist unser Zeit- und Kalendersystem künstlich geschaffen und geht im Kommastellenbereich nie ganz auf. Auch ein Erdentag, obwohl so im Schulunterricht gelernt, dauert nicht 24 Stunden, sondern bloss 23 h 56 min 4.0905 s; und selbst dieser Wert ist nicht exakt, denn die Erdrotation ist nicht perfekt gleichmässig!

Warum hat eine Stunde nicht 100 Minuten?

Wir sind uns in unserem Alltag ans Dezimalsystem (Zehnersystem) gewohnt, das seine Wurzeln im Altertum hat und unter anderem den Zahlschriften, etwa der Ägypter, Griechen und Römer zugrunde liegt. Daher ist die Frage durchaus berechtigt, warum eine Stunde nicht 100 Minuten lang ist oder mittags die Uhr nicht 10 Uhr anzeigt. Dass wir es bei der Zeitmessung mit einem 60-er-System (Hexagesimalsystem) zu tun haben, geht auf die Babylonier (um das Jahr 1000 v. Chr.) zurück, deren Zahlensystem auf der Zahl 12 beruhte und eine religiöse Bedeutung hatte, nicht zuletzt, weil das Jahr 12 Lunationen (Zeitspanne von Neu- zu Neumond: 29.53 Tage) zählt. Somit gliederten die Babylonier das Jahr in zwölf Monate und den Tag sowie die Nacht in je zwölf Einheiten (Stunden); zusammen 24 Stunden. Die Sechzigeraufteilung kam daher, weil die Zahl 60 ein Vielfaches von 12 ist. Die Stundenaufteilung in Minuten und die Minutenaufteilung in Sekunden hatte für die Menschen im Alltagsleben damals kaum eine Bedeutung. Es waren mathematische Grössen, die vor allem in der Astronomie wichtig waren. Man sprach auch von der «Sonnensekunde», da sie der 86’400ste Teil eines Tages ist. In den 1960er-Jahren wurde sie von der Ephemeridensekunde, basierend auf einem vollen Erdumlauf um die Sonne, abgelöst. Als «Musterjahr» wurde das Jahr 1900 gewählt. Die Sekunde war neu somit der 31 556’925.9747-ste Teil des Jahres 1900. Doch wie wir wissen, unterliegt auch die Erdbahn respektive die Erdbewegung geringen Schwankungen und war daher für exakte Messungen zu ungenau.

Wie lange dauert 1 Sekunde?

Also musste eine verlässliche Definition gefunden werden, genauso wie das «Ur-Kilogramm» oder der «Ur-Meter» als Referenzgrössen einst festgelegt wurden. Die Wissenschaftler suchten folglich nach einer gleichbleibenden konstanten Grösse und fanden diese in einer atomaren Naturkonstante.

Das natürliche Isotop ¹³³Cs ist stabil, aber zwei radioaktive Isotope von Cäsium sind von Interesse. Dies sind ¹³⁵Cs und ¹³⁷Cs. Beide sind radioaktiv mit Halbwertszeiten von 2.3 My bzw. 30 Jahren. Sie entstehen mit gleichen Ausbeuten von etwa 6 bis 7 % bei der binären Spaltung von Aktinidennukliden. Die Kerne gelangen durch atmosphärische Kernexplosionen und Freisetzungen aus der Atomindustrie in die Umwelt. ¹³⁷Cs ist ein bekanntes Radionuklid (und Radiotracer) und ein Zeitmarker, während ¹³⁵Cs aufgrund seiner viel längeren Halbwertszeit vernachlässigt wurde, was den Nachweis durch Zählung unmöglich macht. Darüber hinaus überlagert in herkömmlichen Massenspektrometern der Schwanz des stabilen ¹³³Cs sein Signal (da die Häufigkeit von ¹³⁵Cs typischerweise um 10^-9 kleiner ist). Die erste Messung der relevanten Cäsiumisotope erfolgte anhand von zwei Küstensedimentproben und einem thermischen Ionisationsmassenspektrometer. Das [¹³⁵Cs/¹³³Cs]-Verhältnis lag bei etwa 1·10^-9 und das [¹³⁷Cs/¹³⁵Cs]-Verhältnis bei etwa eins zu fünf, da das Produktionsverhältnis von etwa eins in den letzten dreißig Jahren abgenommen hat. Es wurde angemerkt, dass dies der erste Nachweis von ¹³⁵C-Fallout in der Natur zu sein schien, und es kann gefolgert werden, dass das Isotopenverhältnis [¹³⁷Cs/¹³⁵Cs] als Tracer viel aussagekräftiger ist als ¹³⁷Cs allein. Zwei Modelle wurden vorgestellt, um zu veranschaulichen, wie das Verhältnis verwendet werden kann, um Schätzungen der jüngsten Sedimentation und der Erosionsraten zu quantifizieren.