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Die Atomzeitskalen der PTB in 2012

03.12.2012

Die Koordinierte Weltzeit UTC ist praktisch in allen Ländern die Grundlage für die in der jeweiligen Zeitzone verwendete „bürgerliche“, „amtliche“ oder „gesetzliche“ Zeit, so auch in Deutschland, wie das Einheiten- und Zeitgesetz festlegt. Die Grundlage für UTC ist die Internationale Atomzeitskala TAI, die aus den Daten von ca. 400 Atomuhren aus ca. 70 Zeitinstituten weltweit, monatlich vom Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Paris berechnet wird. UTC unterscheidet sich von TAI nur durch die bis dato hinzugefügten Schaltsekunden und wird in Form von errechneten Standdifferenzen mit Bezug auf die in den einzelnen Zeitinstituten (k) realisierten Zeitskalen UTC(k) publiziert. Die Skalen UTC(k) sollen möglichst gut mit UTC - und damit auch untereinander - übereinstimmen. Die Abbildung zeigt die Differenz zwischen UTC und den Realisierungen UTC(k) von vier bedeutenden Zeitinstituten während der letzten beiden Jahre. Die herausragende Qualität von UTC(PTB) liegt ganz wesentlich am zuverlässigen Betrieb der Caesium-Fontänenuhr CSF1, von der nahezu täglich die benötigte Frequenzkorrektur für einen aktiven Wasserstoffmaser, der als Signalquelle für UTC(PTB) dient, gewonnen wurde [1]. Die PTB war weltweit das erste Institut, das seine Zeitskala direkt von einer Caesium-Fontänenuhr ableitete

UTC(PTB) wird im Stand an UTC nachgeregelt, und dies schließt auch ein, dass eine ggf. vorhandene Differenz zwischen dem Skalenmaß von UTC und der mit CSF1 realisierten SI Sekunde berücksichtigt wird. Diese Differenz betrug anfangs ca. 5x10-15 s, was ohne Korrektur im Betrieb während eines Monats bei UTC(PTB) zu einer Standdifferenz von ca. 13 ns gegenüber UTC geführt hätte. Andererseits besteht auch ein Interesse, die in der PTB realisierte SI-Sekunde direkt, d.h. ohne „koordinierende Korrektionen“, zugänglich zu machen, und zwar in Form einer Zeitskala, aber auch in Form von Normalfrequenzsignalen auf dem PTB-Campus. Seit dem Sommer 2012 wird daher die sog. "freie Atomzeitskala“ TA(PTB) ebenfalls von einem mittels CSF1 gesteuerten Wasserstoffmaser realisiert und in Form von TAI‑TA(PTB) vom BIPM publiziert. Die Verbreitung von Normalfrequenzsignalen (100 MHz) ist in Vorbereitung.

Darüber hinaus wurden die Voraussetzungen zur Nutzung der zweiten Fontänenuhr der PTB, CSF2, für dieselben Zwecke geschaffen. Die Zeitskalensteuerung mittels CSF2 wird gegenwärtig getestet. Die Kombination beider Uhren für die Steuerung der Wasserstoffmaser ist das logische Ziel für die nahe Zukunft.

Vergleich der Zeitskalen von NIST (USA, schwarz), USNO (USA, grün), VNIIFTRI (Russland, rot) und PTB (blau) mit UTC während zwei Jahren. Der Tag mit dem Modifizierten Julianischen Datum (MJD) 56199 ist der 29. September 2012.


Literatur:

 [1]       A. Bauch, S. Weyers, D. Piester, E. Staluniene, W. Yang, Generation of UTC(PTB) as a fountain-clock based time scale, Metrologia 49, 180 (2012)