Krótko z historii pomiaru czasu ...

Do czasu wynalezienia zegarów mechanicznych w XVII wieku czas mierzono przy pomocy obserwacji astronomicznych. W obserwacjach tych kluczowe znaczenie miał tzw. dzień słoneczny (ang. solar day) - czas między dwoma kolejnymi górowaniami słońca (ang. transit of the sun) rozumianymi jako osiągnięcie szczytowego punktu nieba w cyklu ruchu między wschodem a zachodem. Ponieważ dzień ma 24 godziny, a każda godzina 3600 sekund, więc sekundę słoneczną (ang. solar second)  zdefiniowano jako 1/86400 dnia słonecznego. Jednak w latach 40-tych XX w. zaobserwowano, że okres obrotu ziemi nie jest stały. Okazało się że nasza planeta zwalnia obroty (między innymi pod wpływem tarcia atmosfery) skracając swój okres roku z 400 na 365 dni w ciągu ostatnich 300 milionów lat . Dokonując wielu analiz i badań postanowiono przyjąć, że okres obrotu ziemi można przyjąć za stały a zaobserwowane pierwotnie odchylanie można przypisać zjawisku wydłużenia się dni. Jakby na domiar złego zaobserwowano również krótkoterminowe dewiacje dnia słonecznego które przypisano wpływom jądra ziemi. Dlatego postanowiono zastosować tzw. średnia sekundę słoneczną (ang. mean solar second) wyliczaną w podobny sposób ale na bazie statystycznej serii prób (średniej z wielu dni słonecznych).

Era zegarów atomowych ... Sekundy przestępne (ang. leap second)

Wraz z wynalezieniem w roku 1946 zegara atomowego stało się możliwe mierzenie czasu z wielką dokładnością i to w sposób niezależny od kolebiących się rytmów ziemi. Metodę oparto na zliczaniu przejść (wzbudzeń) w atomie cezu 133. Powstała nowa definicja sekundy rozumiana jako 9 192 631 770 przejść  zliczanych w atomie cezu 133. Powyższą stałą przyjęto specjalnie by uczynić sekundę atomową równą średniej sekundzie słonecznej. Ponieważ ceny zegarów cezowych osiągały w tamtych latach wręcz horrendalnie wysokie ceny na ich posiadanie mogły sobie jedynie pozwolić nieliczne instytuty i placówki badawcze. Uzgodniono, że zliczane przez zegary impulsy będą przesyłane jako dane statystyczne do Międzynarodowego Biura Czasu w Paryżu (Bureau International de l'Heure, w skrócie BIH). Instytucja ta na podstawie otrzymywanych danych wyznacza definicję sekundy atomowej (ang. International Atomic Time - TAI) jako średnią liczbę impulsów (z wielu zegarów cezowych) wygenerowanych przez atomy cezu 133 jaka miała miejsce od północy dnia 1.01.1958 roku podzieloną przez wartość stałej 9192631770.

Wartość sekundy jest nieustannie korygowana, co wynika z błędu statystycznego oraz faktu że na każde 86400 sekund atomowych zmierzony czas spieszy się o 3mS względem czasu trwania średniego dnia słonecznego. Problem ten rozwiązano wprowadzając tzw. sekundę przestępną (ang. leap second). Ilekroć rozbieżność między czasem atomowym a czasem słonecznym osiągnie wartość 800mS. Korekcja polega na dodaniu jednej sekundy tzw. sekundy przestępnej (ang. leap second).

Czas UTC ...

Czas UTC (Universal Coordinated Time) to czas atomowy uwzględniający przestępne sekundy (ang. leap second). Jest to czas oparty na zliczaniu impulsów (wzbudzeń) atomu cezu 133 i korygowany o tzw. sekundy przestępne (ang. leap second) dzięki którym czas UTC pozostaje w zgodzie z obserwowanym ruchem słońca na niebie. Sekundy przestępne korygują różnice między czasem atomowym a czasem słonecznym. 

Normalizacja i standaryzacja czasu UTC.....  Czas UTC a czas GMT (Greenwitch).....

Czas UTC jest podstawowym i obowiązującym wzorcem czasu dla całego świata. UTC jest czasem atomowym, który zastąpił czas GMT (Greenwitch) będący czasem astronomicznym. Jego godziny nakładają się z godzinami czasu GMT (Greenwitch). Oba czasy UTC i GMT nie korygują zmian czasu zima-lato.

Macierzysty zegar cezowy czasu UTC ulokowany jest w Narodowym Instytucie Czasu Standardowego w USA. Jego wskazania wzorcowe udostępniane są na cały świat za pośrednictwem mikrofal WWV. W ten sposób inne zegary cezowe mogą korygować swoje wartości i uwzględniać sekundy przestępne. Dokładność korekcji wynosi +/-1mS ale problemy propagacyjne zaniżają ją do rzędu +/-10mS. Podobne serwisy radiowe znajdują się w wielu krajach Europy. W Polsce możliwy jest odbiór niemieckiego sygnału DCF77 z precyzją 50-500mS (w zależności od warunków pogodowych oraz układów dekodujących). Europa zachodnia może także korzystać ze źródła  sygnału radiowego nadawanego z Wielkiej Brytanii (nadajnik MSF).

Lata 90-te dostarczyły też wiele nowych możliwości i metod synchronizacji czasu względem wzorca UTC.  Obecnie obok łącz telekomunikacyjnych najpopularniejszą metodą jest synchronizacja czasu za pośrednictwem satelitarnego systemu GPS. Zaletą systemu GPS jest wysoka stabilność i precyzja synchronizacji (rzędu nanosekund) przy stosunkowo niedrogim koszcie zakupu. Sygnał GPS jest sygnałem ogólnoświatowym dostępnym praktycznie w każdym miejscu na świecie. Dlatego stosowanie atomowych rezonatorów zmniejsza się na rzecz zegarów GPS. Odbiorniki GPS są coraz częściej stosowane jako metoda synchronizacji cezowych i rubidowych rezonatorów. Kraje Unii Europejskiej pracują obecnie nad własną alternatywną wersją systemu GSP.