Was ist eine Schaltsekunde?
Eine Schaltsekunde ist eine gelegentliche Ein-Sekunden-Anpassung der Koordinierten Weltzeit (UTC), dem globalen Zeitstandard, mit dem Ihr Telefon, Server und Satelliten synchronisiert werden. Wenn eine eingefügt wird, hat die letzte Minute des Tages 61 Sekunden statt 60 – die Uhr tickt durch 23:59:60, bevor sie auf 00:00:00 umspringt.
Schaltsekunden klingen trivial. Sie sind es nicht. Diese eine zusätzliche Sekunde hat große Websites zum Absturz gebracht, Flüge gestrandet und eine jahrzehntelange Debatte unter Physikern, Astronomen und Softwareentwicklern ausgelöst. Im Jahr 2022 stimmten die weltweiten Zeitmessungsbehörden schließlich dafür, sie abzuschaffen. Hier erfahren Sie, was eine Schaltsekunde eigentlich ist, warum es sie gibt und warum sie abgeschafft wird.
Warum es Schaltsekunden gibt
Das Problem liegt in zwei unterschiedlichen Arten der Zeitmessung begründet, die nicht ganz übereinstimmen.
Die Atomzeit ist perfekt gleichmäßig. Seit 1967 wird die Sekunde durch die Schwingungen von Cäsium-133-Atomen definiert – 9.192.631.770 pro Sekunde. Ein Netzwerk von Atomuhren auf der ganzen Welt hält die Internationale Atomzeit (TAI), und sie ist erstaunlich regelmäßig: Sie wird weder schneller noch langsamer.
Die Erdrotation ist nicht gleichmäßig. Die Länge eines Tages, gemessen an der tatsächlichen Drehung des Planeten, ist leicht unregelmäßig. Reibung durch Gezeiten, Bewegungen des flüssigen Erdkerns und Massenverschiebungen wie schmelzende Eisschilde beeinflussen die Rotationsgeschwindigkeit. Langfristig verlangsamt sich der Planet im Allgemeinen, sodass ein astronomischer Tag etwas länger als 86.400 Atomsekunden dauert. Diese rotationsbasierte Zeit wird UT1 genannt.
Wenn man sie sich selbst überlässt, würden UTC (basierend auf gleichmäßigen Atomsekunden) und UT1 (gebunden an die tatsächliche Sonne am Himmel) langsam auseinanderdriften. Um sie synchron zu halten, gilt die einfache Regel: UTC darf nie mehr als 0,9 Sekunden von UT1 abweichen. Wenn sich die Lücke diesem Grenzwert nähert, wird eine Schaltsekunde in UTC eingefügt, damit die Atomzeit auf die sich langsamer drehende Erde "wartet".
Eine Schaltsekunde ist also im Wesentlichen eine manuelle Korrektur, die unsere präzisen Atomuhren mit dem taumelnden Planeten, auf dem wir tatsächlich leben, in Einklang hält.
Eine kurze Geschichte der Schaltsekunden
Schaltsekunden wurden 1972 eingeführt, als UTC neu definiert wurde, um auf Atomzeit zu basieren, aber dennoch an die Erdrotation gebunden zu sein.
Seitdem wurden bis 2016 27 Schaltsekunden hinzugefügt. Bisher war jede einzelne positiv – eine hinzugefügte Sekunde, nie eine entfernte –, weil die Erdrotation in diesem Zeitraum im Allgemeinen hinter der Atomzeit zurückgeblieben ist. Die letzte Schaltsekunde wurde am 31. Dezember 2016 um 23:59:60 UTC eingefügt.
Danach gab es eine bemerkenswerte Lücke von fast sieben Jahren, weil sich die Erdrotation in den letzten Jahren tatsächlich leicht beschleunigt hat – genug, dass Wissenschaftler zum ersten Mal ernsthaft über die Möglichkeit einer negativen Schaltsekunde (Entfernen einer Sekunde statt Hinzufügen) diskutierten, etwas, das noch nie passiert ist und das viele Ingenieure noch mehr fürchten als die übliche Art.
Wer entscheidet, wann eine stattfindet?
Schaltsekunden werden nicht nach einem festen Kalender geplant. Sie werden vom International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) mit Sitz in der Nähe von Paris angekündigt, der die Erdrotation kontinuierlich überwacht.
Wenn sich die UT1-UTC-Lücke 0,9 Sekunden nähert, gibt der IERS ein Bulletin heraus – in der Regel etwa sechs Monate im Voraus –, das die Einfügung einer Schaltsekunde ankündigt. Üblicherweise erfolgen die Einfügungen am Ende des 30. Juni oder 31. Dezember (UTC).
Diese sechsmonatige Vorlaufzeit ist der Kern des technischen Problems: Der Zeitplan ist unregelmäßig und unvorhersehbar. Man kann keine Formel schreiben, die einem sagt, wann die nächste Schaltsekunde auftritt, so wie man es für Schaltjahre kann. Man muss auf die Ankündigung des IERS warten und dann sicherstellen, dass jede Uhr im System davon weiß.
Warum Ingenieure Schaltsekunden hassen
Für die meisten Menschen ist eine zusätzliche Sekunde nicht wahrnehmbar. Für Computer, die erwarten, dass jede Minute genau 60 Sekunden hat, ist eine 61-Sekunden-Minute ein Minenfeld.
Der berühmteste Vorfall ereignete sich am 30. Juni 2012, als eine positive Schaltsekunde eingefügt wurde. In dem Moment, als es passierte, fielen eine Reihe von Systemen aus. Reddit war down, zusammen mit anderen großen Websites. Der Fehler wurde darauf zurückgeführt, wie der Linux-Kernel das Zurückstellen der Uhr für diesen Augenblick handhabte – es löste eine außer Kontrolle geratene Bedingung aus, die die CPUs der Server auslastete. Auch Flugreservierungssysteme, die auf betroffener Software basierten, meldeten Störungen und verzögerten das Einchecken. Ähnliche Probleme traten auch bei früheren Schaltsekunden auf.
Die grundlegenden Probleme sind struktureller Natur:
- Das Ereignis ist selten, daher werden die Codepfade für die Schaltsekundenbehandlung fast nie ausgeführt und selten unter realen Bedingungen getestet.
- Die Zeit scheint stillzustehen oder sich zu wiederholen, und viele Software geht stillschweigend davon aus, dass die Zeit sich nur monoton vorwärts bewegt.
- Der Zeitplan ist unvorhersehbar, daher müssen Systeme eine externe Ankündigung abrufen und ihr vertrauen, anstatt die Anpassung selbst zu berechnen.
Da ein moderner Ausfall sich auf Finanzmärkte, Telekommunikationsnetze und Cloud-Plattformen auswirken kann, kann eine einzige falsch behandelte Sekunde richtig teuer werden.
Googles "Leap Smear"-Workaround
Anstatt die Schaltsekunde in einem abrupten Sprung anzuwenden, hat Google einen Ansatz namens Leap Smear (Schaltsekunden-Verschmierung) entwickelt. Anstatt um Mitternacht eine ganze Sekunde einzufügen, verteilen Googles Server die Korrektur über ein langes Zeitfenster – in der Regel die ~24 Stunden um das Ereignis herum –, indem sie jede Sekunde unmerklich länger (oder kürzer) machen.
Während einer Verschmierung zeigt keine Uhr jemals 23:59:60 an und keine Uhr geht jemals zurück; die Zeit läuft einfach einen Tag lang sehr leicht "langsam", bis die zusätzliche Sekunde leise absorbiert wurde. Die Software sieht eine gleichmäßige, monotone Uhr und trifft nie auf den gefährlichen Grenzfall. Amazon, Meta und andere haben ähnliche Verschmierungsstrategien übernommen, und es ist zur De-facto-Überlebenstechnik für große Systeme geworden.
Der Haken: Eine verschmierte Uhr weicht stundenlang bewusst von der offiziellen UTC ab – in Ordnung für die meisten Dienste, aber ein Kopfschmerz, wenn man sie mit nicht verschmierten Systemen abgleichen muss. Es ist ein Workaround für ein Problem, von dem die Industrie zunehmend das Gefühl hatte, dass es gar nicht existieren sollte.
Wenn Sie mit Epochenzeit arbeiten, beachten Sie, dass eine Unix-Zeitstempel überhaupt keine Schaltsekunden zählt – die Unix-Zeit tut einfach so, als hätte jeder Tag genau 86.400 Sekunden, was ein Grund dafür ist, dass die reale Anpassung so viel Reibung verursacht.
Die Entscheidung von 2035: Schaltsekunden abgeschafft
Die Debatte erreichte ihren Höhepunkt auf der Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) 2022 – dem internationalen Gremium, das das metrische System und die Definition der Sekunde regelt.
Die Delegierten verabschiedeten eine wegweisende Resolution: Die Praxis des Hinzufügens von Schaltsekunden wird bis 2035 eingestellt. Ab diesem Zeitpunkt darf UTC um mehr als das derzeitige Limit von 0,9 Sekunden von UT1 abweichen, wobei die Toleranz später neu verhandelt werden soll – wahrscheinlich darf die Lücke jahrzehntelang wachsen, vielleicht auf eine Minute oder mehr, bevor überhaupt eine Korrektur in Betracht gezogen wird.
In der Praxis bedeutet dies, dass UTC zu einer glatten, kontinuierlichen Zeitskala wird, ohne weitere überraschende 61-Sekunden-Minuten. Astronomen, die tatsächlich die Erdrotationszeit benötigen, können weiterhin direkt UT1 verwenden; jeder, der Computer betreibt, erhält eine Uhr, der er endlich vertrauen kann. Die Änderung tauscht eine winzige, langsam zunehmende Abweichung von der Sonne gegen die Beseitigung einer wiederkehrenden Quelle globaler technischer Risiken ein.
Häufig gestellte Fragen
Wurde jemals eine Schaltsekunde entfernt statt hinzugefügt?
Nein. Alle 27 seit 1972 eingefügten Schaltsekunden waren positiv – eine hinzugefügte Sekunde. Eine negative Schaltsekunde (Sprung von 23:59:58 auf 00:00:00) ist nie aufgetreten, obwohl die jüngste schnellere Erdrotation eine solche kurzzeitig zu einer realen Möglichkeit machte, bevor die Entscheidung von 2035 die ganze Frage obsolet werden ließ.
Beeinflussen Schaltsekunden Zeitzonen?
Nicht direkt. Zeitzonen sind feste Offsets von UTC, die über Datenbanken wie die IANA-Zeitzonendatenbank verwaltet werden. Eine Schaltsekunde passt UTC selbst an, sodass sich jede Zone gleichzeitig um denselben Moment verschiebt – die Offsets zwischen den Zonen ändern sich nie.
Wird sich meine Computeruhr im Jahr 2035 ändern?
Keine sichtbare Änderung für Benutzer. Nach 2035 erhalten Uhren einfach keine gelegentliche Schaltsekunde mehr. UTC wird über viele Jahre hinweg langsam von der astronomischen Zeit abweichen, aber diese Abweichung ist im täglichen Leben viel zu klein, um sie zu bemerken.
Was ist der Unterschied zwischen UTC, TAI und UT1?
TAI ist die reine Atomzeit, perfekt gleichmäßig. UT1 ist die Zeit, die auf der tatsächlichen Erdrotation basiert. UTC ist der alltägliche Standard: Sie läuft mit Atomsekunden wie TAI, wurde aber mithilfe von Schaltsekunden an UT1 angeglichen gehalten. Seit 2016 liegt UTC genau 37 Sekunden hinter TAI.
Warum lässt man die Uhr und die Sonne nicht einfach auseinanderdriften?
Das ist im Wesentlichen das, was die Entscheidung von 2035 bewirkt. Die Abweichung wächst so langsam – in der Größenordnung von einer Minute pro Jahrhundert –, dass es Generationen dauern wird, bis sie relevant wird, und bis dahin kann eine einmalige Korrektur bewusst geplant werden, anstatt alle paar Jahre geflickt zu werden.
Neugierig, wie Maschinen unter all dem die Zeit tatsächlich zählen? Schaltsekunden verschwinden in der Epochenzeit vollständig – probieren Sie unsere Unix-Zeitstempel-Konverter aus, um genau zu sehen, wie Computer die tickenden Sekunden verfolgen.