Jelle de Plaa schreef dit blog voor wetenschap.nu

Willen we alleen zomer- of wintertijd? Voor een sterrenkundige zoals ik is die vraag van de Europese commissie over onze klok interessant. De sterrenkunde speelt al sinds het begin van de beschaving een belangrijke rol in onze tijdmeting. Om de discussie goed te voeren is het goed om te weten waar die tijd op de klok eigenlijk vandaan komt. Kan de sterrenkunde een antwoord geven op de vraag of we zomer- of wintertijd moeten kiezen? En is er eigenlijk een ‘echte’ tijd waar we de klok op gelijk kunnen zetten?

Het zal je niet verbazen dat het dag- en nachtritme van de mens een grote invloed heeft op hoe we tijd ervaren en meten. Omdat de Aarde een bol is die om zijn as draait en van één kant door de Zon beschenen wordt, maken we in de tijd dat de Aarde één rondje om zijn as doet een dag en een nacht mee. Om precies te zijn duurt één omwenteling van de Aarde 23 uur 56 minuten en 4 seconden. Waarom heeft een klok dan 24 uur? Dat komt omdat we de tijd tellen tussen de momenten waarop de Zon op zijn hoogste punt staat op twee opvolgende dagen. De Aarde draait in een dag ook een klein stukje in een baan om de Zon. Vanaf de Aarde gezien schuift de Zon daardoor een klein beetje op. De Aarde moet daardoor nog 3 minuten en 56 seconden extra doordraaien om de Zon weer op het hoogste punt te zien.

Het moment dat de Zon zijn hoogste punt aan de hemel bereikt werd eeuwenlang gebruikt om het begin van de middag te meten. Het tijdstip van de ‘noen’ kun je eenvoudig met een zonnewijzer meten. Onze huidige klok is opgezet met het idee dat de ‘noen’ overeenkomt met 12 uur ’s middags. Je zou kunnen zeggen dat deze zonnetijd de beste tijd is om onze klok op gelijk te zetten. Je meet wanneer de Zon op z’n hoogste punt is, je zet je horloge gelijk en ‘taa-daa!’ einde zomer en wintertijddiscussie! Jammer genoeg is het niet zo eenvoudig.

Noen

Het tijdstip van de ‘noen’ hangt af van waar je bent, en dan vooral hoe oostelijk of westelijk. Als hier in Nederland de Zon op het hoogste punt staat, gaat de Zon in China net onder en komt die in de Verenigde Staten net op. Doordat de bolle Aarde voortdurend draait, schuift de lijn van plaatsen waar het ‘noen’ is langzaam van oost naar west over de Aarde. Zelfs op relatief kleine afstanden maakt dat meer uit dan je zou denken. In Westkapelle is het 11 minuten later noen dan in Venlo. Toen er in de 19e eeuw treinen gingen rijden waren deze verschillen in tijd funest voor de dienstregeling en was er behoefte aan een standaardtijd. In onze huidige snelle maatschappij kun je dit soort tijdverschillen tussen klokken ook niet meer hebben. Daarom zijn er per regio afspraken gemaakt welke tijd er op de klok staat. Die gebieden kennen we nu als tijdzones.

De tijd op de klok is dus vooral een afspraak. Als we met de hele EU afspreken om onze klok op zomertijd te zetten, dan kan dat. Maar dat heeft ook nadelen. Stel dat we de zomertijd het hele jaar doorvoeren, dan is het in december pas rond 10 uur ’s ochtends licht. Dat komt omdat de huidige zomertijd in Nederland veel afwijkt van de zonnetijd. Onze huidige tijdzone is afgestemd op de wintertijd in Berlijn. In de wintertijd staat de Zon in Berlijn rond 12 uur op zijn hoogste punt. In Nederland is dat in de wintertijd ruwweg tussen 12:25 en 12:45, afhankelijk van de plek waar je bent en de tijd van het jaar. De zomertijd maakt het verschil tussen de zonnetijd en de tijd op de klok alleen maar groter. In de zomertijd staat de Zon in Nederland pas tussen 13:25 en 13:45 uur op z’n hoogste punt. Dat is maar liefst anderhalf uur later dan wat standaard is.

Ik wil niemand zijn of haar genot van een lange zomeravond afnemen, maar als je naar de zonnetijd in Nederland kijkt dan zit die tussen de Engelse tijd (Greenwich Mean Time, GMT) en onze huidige wintertijd in. Als je het uitgangspunt neemt dat de Zon rond 12 uur op zijn hoogste punt staat, past GMT zelfs net iets beter dan de huidige wintertijd. Toch hebben we de tijd van Berlijn aangehouden, omdat dat in de Tweede Wereldoorlog is ingesteld door de toenmalige Duitse bezetters.

Door de tijd van Berlijn aan te houden en de zomertijd in te stellen, kennen we zulke lange zomeravonden. Zomertijd komt erop neer dat we met z’n allen afspreken om tussen eind maart en eind oktober een uur eerder uit ons bed te komen om ’s avonds van het daglicht te genieten. De werkelijke daglengte verandert niet, maar we verschuiven met z’n allen ons ritme om ’s avonds ‘langer’ licht te hebben. Het is wel duidelijk dat we van al dat gedraai met de klok af willen en het hele jaar door een constant ritme willen hebben, maar dan is het goed om te weten dat de zomertijd niet de meest voor de hand liggende tijd is. Om ’s avonds langer licht te hebben, kun je net zo goed eerder op de avond in de tuin of op een terras gaan zitten.

Nulmeridiaan

Met al die verschillende tijden en tijdzones kun je je afvragen wat nou de ‘echte’ tijd is. We leven toch met z’n allen tegelijk in het ‘nu’ en is dat geen standaardtijd? Ja en nee. Wereldwijd is afgesproken dat de gemiddelde zonnetijd in Greenwich bij Londen, bij de nulmeridiaan, de basis voor de universele tijd is (Universal Time, UT). Dat is de wereldwijde standaardtijd waar alle tijdzones op afgestemd zijn. Maar het tijdstip dat de Zon de nulmeridiaan passeert is al lang niet meer de enige factor. Voor de nauwkeurigheid van je polshorloge is UT prima, maar als je de tijd op fracties van een seconde wilt weten, dan wordt het een stuk ingewikkelder.

Mijn eerste sterrenkundige onderzoek deed ik als student bij SRON aan pulsars. Dat zijn hele compacte sterren die zo groot zijn als het eiland Texel en zwaarder zijn dan de Zon. Sommige van die neutronensterren draaien heel snel om hun as en schijnen bundels van licht en andere straling als een vuurtoren de ruimte in. Toen keek ik met de Röntgensatelliet RXTE naar een pulsar op ongeveer 150.000 lichtjaar afstand die 20 keer per seconde om zijn as draait. Om die bundels goed te kunnen volgen, moet je de ‘echte’ universele tijd heel nauwkeurig weten.

Dat is niet zo makkelijk als het lijkt. Eén van de effecten waar je rekening mee moet houden is de relativiteitstheorie van Einstein. Hij heeft ongeveer een eeuw geleden ontdekt dat klokken in verschillende situaties in een verschillend tempo lopen. Dat ligt niet aan de klok, maar dat is een eigenschap van de tijd en ruimte zelf. Als je ten opzichte van iemand anders met een snelheid beweegt, lopen de klokken al in een ander tempo en ook als je dieper in een zwaartekrachtsveld zit, zoals op Aarde, loopt je klok langzamer ten opzichte van een klok verderop in de ruimte. Om de aankomsttijd van een puls van een pulsar goed te kunnen meten, moest ik de gemeten tijd voor, onder andere, de snelheid van de satelliet en de effecten van zwaartekracht corrigeren. Je kunt daarvoor een punt in het zonnestelsel gebruiken waar alle planeten en de Zon omheen draaien. Dit heet het massa-zwaartepunt van het zonnestelsel. Als je de aankomsttijden van de pulsen omrekent naar een denkbeeldige klok in dat punt, dan is die tijd in ieder geval gecorrigeerd voor alle bewegingen in het zonnestelsel.

Zonnestelseltijd

Is die zonnestelseltijd dan de ‘echte’ tijd? Het antwoord is nee, maar het is voor sterrenkundigen een praktische standaard om tijden verderop in het heelal met elkaar te vergelijken. Sommige pulsars geven zo regelmatig pulsen af dat ze, gecorrigeerd voor alle effecten, op z’n minst even nauwkeurig zijn als de beste atoomklokken op Aarde. Ze zijn zo’n goede klok dat kleine variaties in de aardrotatie ermee kunnen worden gecorrigeerd en ze samen met atoomklokken en andere hemellichamen de moderne basis van Universal Time kunnen vormen. We weten dus heel precies wanneer het in Greenwich 12 uur zou moeten zijn, nu alleen nog beslissen hoeveel uren we de klok in Europa ten opzichte van Greenwich willen verzetten.