Hoewel tijd al bestaat sinds het begin van, nou ja, tijd, was het toch nodig om het uit te vinden.
The Samrat Yantra
© Jorge Láscar, CC BY 2.0. LEFT: Jakub Hałun CC BY-SA 4.0
De Samrat Yantra is de grootste speciaal gebouwde zonnewijzer ter wereld, met zijn gnomon - of toren - van 27 meter hoog. Het massieve instrument werd gebouwd aan het begin van de 18e eeuw en maakt deel uit van het observatorium Jantar Mantar in Jaipur, India. De gnomon (hierboven) werpt een schaduw op de flankerende kwadrantbogen, die de tijd tot op twee seconden nauwkeurig kunnen aangeven.
Tijd en astronomie zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. De mens gebruikt al duizenden jaren de bewegingen van de sterren, de Zon en de Maan om zijn jacht, oogsten, godsdienst en leven in alle opzichten te organiseren. En naarmate de astronomie zich ontwikkelde, groeide ook de behoefte aan een meer nauwkeurige tijdmeting.

Er zijn veel manieren om te vragen: "Hoe laat is het?" Astronomen kunnen de standaard zonnetijd, de middelbare zonnetijd, de sterrentijd, de Universele Tijd of de Juliaanse datum en zijn vele gewijzigde vormen gebruiken. Astronomen beschrijven drie verschillende soorten schemering, de tijdsvereffening, 24 tijdzones en een astronomische dag. Het begrijpen van deze verschillende "tijden" geeft ons een beter idee van onze relatie met de hemel boven ons, alsmede de draaiende Aarde waarop we leven.

Het begin van de tijd

Vroege beschavingen ontwikkelden twee soorten kalenders. De oudste is gebaseerd op de Maan. Het lijkt misschien logischer dat de Zon de eerste tijdwaarnemer geweest zou zijn, maar archeologen hebben botten van mammoeten en andere dieren gevonden van meer dan 20.000 jaar oud, waarop inkervingen zijn gemaakt van de maanfasen. In die periode van de menselijke geschiedenis moesten jagers die op jacht waren weten hoe lang zij van hun kamp waren weggeweest, waardoor de Maan de voor de hand liggende keuze werd om het verstrijken van de tijd te volgen.

Het zou nog millennia duren voordat de Zon de Maan zou vervangen in onze moderne kalender. Dit komt omdat de Aarde en de Maan betrokken zijn bij een kosmische mengelmoes die moeilijk te ontwarren is. De meeste oude culturen luidden het begin van de maand in wanneer de dunne maansikkel, of "Nieuwe Maan", na zonsondergang te zien was. Er zijn 354 en een fractie van de dagen in een maanjaar met 12 maanmaanden. De Aarde draait echter elke 365,242 dagen rond de Zon. Hoewel dit geen probleem vormde voor een louter ceremoniële of religieuze kalender, was het onmogelijk om deze twee kalenders op elkaar aan te laten sluiten.

De oplossing voor dit probleem werd voorgesteld door Sosigenes van Alexandrië, hofastronoom van Cleopatra en misschien wel de invloedrijkste astronoom uit de geschiedenis. Julius Caesar nam Sosigenes in dienst om de oude Romeinse maankalender te verbeteren. In de tijd van Caesar liep de maankalender zo slecht synchroon met de seizoenen dat een decreet van de keizer nodig was om de situatie te verhelpen. Op voorstel van Sosigenes werd de oude maankalender vervangen door een kalender die alleen de Zon gebruikte om het jaar af te bakenen. Men liet de Maan maar gewoon door de 12 maanden van Caesars nieuwe kalender voortschrijden.

Deze Juliaanse kalender voerde ook schrikkeljaren in, waarbij elke vier jaar een extra dag werd toegevoegd. Maar dit was geen perfecte oplossing, want de laatste fractie van een dag in een jaar is iets minder dan een kwart van een dag. In de 16e eeuw liep ook de Juliaanse kalender uit de pas met de seizoenen. Dit bracht paus Gregorius XIII er in 1582 toe de kalender aan te passen en schrikkeljaren over te slaan op jaren die deelbaar zijn door 100, behalve wanneer ze deelbaar zijn door 400. Dus terwijl 1900 geen schrikkeljaar was, was 2000 dat wel. Tweeduizend jaar later gebruikt de hele wereld nog steeds de aangepaste kalender van Sosigenes.

Tijdwaarneming

Wereldwijd ontwikkelden culturen methoden om de uren bij te houden met behulp van waterklokken, zandlopers en zonnewijzers, vaak met het doel religieuze rituelen te plannen. Natuurlijk waren er beperkingen aan deze methoden. Water bevroor in de winter, zandlopers moesten worden omgedraaid en zonnewijzers waren na zonsondergang niet meer bruikbaar.

Rond het jaar 1000 na Christus verschenen er in West-Europa mechanische apparaten die klokken konden luiden om de tijd aan te geven. Sommigen denken zelfs dat het woord "klok" is afgeleid van het Franse cloche, dat klok betekent. Deze vroege mechanismen hadden geen wijzerplaten en luidden alleen de bellen. Binnen een paar honderd jaar werden wijzerplaten toegevoegd om het uur visueel aan te geven. In de 13e eeuw maakten sterrenkundige monniken complexe uurwerken met wijzerplaten die een uurwijzer hadden en de maanfasen, de zonnewendes en nachteveningen en nog veel meer weergaven.
astronomical clock
© David J. Eicher
Een van de beroemdste astronomische klokken is te vinden in een zijstraat in de Oude Stad van Praag. De klok is gebouwd in 1410 en werkt al meer dan 600 jaar. De prachtige wijzerplaat (hieronder) lijkt op de voorkant van een astrolabium en verstrekt nog steeds complexe astronomische informatie.
In de Middeleeuwen was het weten van het uur voldoende voor de dagelijkse bezigheden. Woorden als moment betekenden eerder het verstrijken van 15 minuten dan een oogwenk. Naarmate de astronomie vorderde, was er echter meer precisie nodig. Dit kwam door de regelmatige beweging van slingerende pendules, die Galileo aan het begin van de 17e eeuw bestudeerde. In 1657 vroeg de Nederlandse astronoom Christiaan Huygens octrooi aan op een klok die de regelmatige slingerbeweging van een slinger gebruikte om het verstrijken van de tijd te regelen. Klokken waren nu nauwkeurig genoeg om niet alleen een uur- en minutenwijzer, maar ook een secondewijzer te rechtvaardigen.

Navigeren op tijd

Wetenschap, technologie en handel vullen elkaar vaak aan. In de 17e eeuw kwamen deze drie samen om het moeilijke probleem van het bepalen van de lengtegraad van een schip op zee aan te pakken.

In 1676 werden in het nieuw gebouwde observatorium van Greenwich, buiten Londen, twee unieke klokken met slingers van 4 meter lang geïnstalleerd. Deze klokken waren in de loop van een dag tot op 10 seconden nauwkeurig, waardoor het vermogen van astronomen om nauwkeurige waarnemingen te doen drastisch toenam.

De eerste koninklijke astronoom, Sir John Flamsteed, wilde weten of de draaiing van de Aarde isochronisch was. Met andere woorden, draaide de Aarde met een constante snelheid om haar as? Met de nieuwe klokken toonde Flamsteed aan dat de draaiing van onze planeet in feite constant was. Dit vormde de eerste schakel in de pogingen om het lengtegraadprobleem op te lossen.

In de 18e eeuw gebruikten zeelieden draagbare klokken, aangedreven door gewonden veren, die nauwkeurig de Greenwich-tijd konden bijhouden. Door ze te vergelijken met hun waargenomen plaatselijke zonnetijd konden ze hun lengtegraad bepalen op honderden kilometers van waarnemingspunten op het land.
Oude Klok
© Steve Collis

De tijd gelijkzetten


Tegen de 19e eeuw waren klokken en zakhorloges algemeen en modieus geworden. Maar hoe stelde men ze in? Met de zonnewijzer in de tuin! Toen men nog te voet of te paard reisde, waren verschillen in "plaatselijke" tijden te verwaarlozen en vormden geen probleem. Maar met de komst van de trein veranderde dit alles en schoot de astronomie wederom te hulp.

Voor elke 15° van de lengtegraad ten westen of ten oosten van een bepaalde meridiaan neemt de plaatselijke zonnetijd met een uur af of toe. Dat betekent dat voor elke graad van de lengtegraad de tijd met vier minuten verandert. Als er een zonnewijzer is die in Greenwich het middaguur aangeeft, zou het op een zonnewijzer in Oxford 11:40 uur zijn. In heel Groot-Brittannië is er een tijdsverschil van 30 minuten. Dit was al moeilijk genoeg voor de spoorwegen in een klein land waar elke stad zijn klokken aanpaste aan de plaatselijke zonnewijzer. Het was nog erger in Noord-Amerika, waar de tijdzones zich over drie en een half uur uitstrekten! Elke stad gebruikte lokale zonnewijzers om hun klokken in te stellen, terwijl elke spoorwegmaatschappij een andere gestandaardiseerde tijd had voor hun gepubliceerde dienstregelingen. Dit maakte het bijna onmogelijk om dienstregelingen te maken die ook maar enigszins logisch waren.

Ter oplossing hiervan verdeelden astronomen de wereldbol in 24 tijdzones. Het beginpunt van deze tijdzones was gebaseerd op de meridiaan die werd bepaald door specifieke observatoria die waarnemingen deden op het middaguur. In Engeland was dat het Greenwich Observatorium, in Frankrijk het Observatorium in Parijs en in de VS het Naval Observatory in Washington, D.C.
Greenwich Observatory
© David J. Eicher
Het Greenwich Observatory staat op een heuvel met uitzicht op de rivier de Theems, waardoor schepen in de buurt hun klokken konden gelijkzetten met de tijdbal op het dak. Eind 19e eeuw werden de tijdballen steeds populairder en vormden de inspiratie voor het jaarlijkse laten vallen van de bal om middernacht op Times Square in New York City.
Toen telegrafen de wereld rond gingen, werd het mogelijk tijdsignalen uit te zenden. In 1833 installeerde het Greenwich Observatory een helderrode "tijdbal" die aan een mast op het dak van het observatorium was bevestigd. De bal viel elke dag om precies 13.00 uur, zodat schepen op de Theems hun chronometers konden afstellen op de klok van het observatorium. In 1850 was de Koninklijke Astronoom Sir George Airy geïnteresseerd in het "elektrificeren" van de tijd. Airy vond het een nationale plicht om de natie van Greenwich-tijd te voorzien. Tegen de jaren 1870 werden er dagelijks tijdsignalen door heel Engeland uitgezonden.

In Amerika begonnen astronomen ook de tijd te verspreiden. Het U.S. Naval Observatory zond al in 1865 af en toe tijdsignalen uit. In 1869 begon het Allegheny Observatory bij Pittsburgh met een tijddienst voor een gebied dat New York, Chicago en omstreken omvatte. Het signaal werd naar de spoorwegen en juwelierszaken gestuurd. Juweliers plaatsten aangesloten klokken in hun etalages met behulp waarvan klanten hun horloges konden instellen. Allegheny en andere observatoria vroegen geld voor de distributie van deze tijddiensten, waardoor zij belangrijk astronomisch onderzoek konden financieren. Tijd was werkelijk geld.

Tegen het einde van de 19e eeuw had de situatie een internationale dimensie gekregen. In oktober 1884 kwamen afgevaardigden uit de hele wereld bijeen in Washington, D.C., op de Internationale Meridiaanconferentie. Het doel was om een "gemeenschappelijk nulpunt van lengtegraad" vast te stellen. Elk van de 24 wereldtijdzones zou worden berekend vanaf één nulmeridiaan en gestandaardiseerd naar de gemiddelde zonnetijd. En aldus werd de geliefde zonnewijzer verbannen naar tuinen en kerkhoven.
Illustrated London News.
© Courtesy Raymond Shubinski
In maart 1911 schepten Engelse kranten er genoegen in te melden dat de Gallische klokken werden teruggedraaid naar Greenwich-tijd, zoals blijkt uit deze illustratie in de Illustrated London News.
De meridiaan van het Observatorium van Greenwich werd gekozen als nulpunt voor de tijdzones in de wereld. De beslissing werd deels genomen vanwege de historische associatie van Greenwich met tijdwaarneming, alsmede het feit dat het Verenigd Koninkrijk nog steeds de handel over zee domineerde. Niet alle 35 afgevaardigden waren gelukkig. Met name de Fransen drongen erop aan dat de nulmeridiaan niet aan een land gebonden mocht zijn en neutraal moest zijn. De Franse klokken bleven de tijd van het Observatorium van Parijs gebruiken. Ze bleven tot 10 maart 1911 9 minuten en 21 seconden voor op Greenwich Mean Time (GMT). Kennelijk kan zelfs tijd politiek zijn.

Het tellen van de dagen

Astronomen houden van precisie en kalenderdata kunnen vaak omslachtig en verwarrend zijn. Om preciezer te zijn, worden waarnemingen en gebeurtenissen vaak geregistreerd aan de hand van hun Juliaanse datum. De Juliaanse periode was het geesteskind van de 16e eeuwse historicus Joseph Justus Scaliger en begint op 1 jan. 4713 v. Chr. Op deze datum vallen verschillende cycli samen: de 28-jarige zonnecyclus in de Juliaanse kalender, waarna de dagen van het jaar op dezelfde dagen van de week vallen; de 19-jarige Metonische cyclus, waarbij de maanfasen op dezelfde dagen van het jaar terugkomen; en de 15-jarige indictiecyclus, de belastingcyclus van het Romeinse Rijk, weer een andere methode om data vast te leggen.

Toen John Herschel de idee van Scaliger in 1849 aanpaste voor astronomisch gebruik, koos hij het middaguur als nuluur voor de huidige Juliaanse periode, waardoor een datumverandering tijdens nachtelijke waarnemingen werd vermeden. De Juliaanse Datum is dan eenvoudigweg het aantal dagen dat is verstreken sinds het middaguur op 1 jan. 4713 v. Chr.

In 1957 creëerde het Smithsonian Astrophysical Observatory een Gewijzigde Juliaanse Datum, die begint om middernacht GMT op 17 november 1858. Hierdoor werd de dagtelling aanzienlijk kleiner en beter hanteerbaar voor vroege computers.

Tijd en astronomie zijn verankerd in de manier waarop wij ons leven inrichten. De oude sterrenkundigen keken naar de hemel om orde in hun wereld te scheppen en we gebruiken nog steeds astronomische cycli om de patronen van ons leven te bepalen. Astronomen hebben structuur en precisie in deze patronen aangebracht in een poging om die eeuwenoude vraag te beantwoorden: "Hoe laat is het?"

Zie: https://astronomy.com/magazine/news/2022/01/a-brief-history-of-time-what-is-it-and-how-do-we-define-it