Den internasjonale datolinjen (IDL) er en tenkt - og vilkårlig - linje på jordoverflaten som går fra Nordpolen til Sydpolen. Når du krysser IDL, endres dag og dato. Hvis du krysser den som reiser vestover, går dagen fremover med en, og datoen øker med en. Hvis du krysser den som reiser østover, oppstår det motsatte.
IDL er ikke et spørsmål om folkerett, men det er en av få standarder som er omfattet over hele verden. IDL er avgjørende for global samtrafikk, øyeblikkelig kommunikasjon, tidsmåling og konsistente internasjonale databaser. Det handler mest om bekvemmelighet, handel og politikk. IDL skjedde av omtrent samme grunner som fremveksten av Internett - det fungerer, og det gjør livet litt enklere. Før vi diskuterer hvordan og hvorfor den internasjonale datolinjen ble til, skulle vi først vurdere saken om å holde tiden.
"Er det noen som vet hva klokken er?"
På dagene før mekaniske klokker ble tiden målt mest ved å bruke solur. Folk stolte på definisjonen som "middag" var da solen var høyest på himmelen, og rett sør. En "dag" var ganske enkelt tiden mellom to påfølgende "middag." De fleste byer på planeten satte sine klokker til den syklusen, og alt var bra - i alle fall i en bestemt by.
Problemet var at hver by opplevde middag på sitt eget (tilsynelatende) 12:00 kl. Avhengig av lengdegrad, kan tilstøtende byer ha en tid på, for eksempel, 11:45 eller kl. 12:15. vises på solurene. I nærheten av ekvator, når du reiser vestover med cirka 1 600 mil (forsinkelse), forsinker ankomstmiddagen med en time.
På 1800-tallet kompliserte fremveksten av transkontinentale jernbaner saken ytterligere. Det århundret så også nøyaktige mekaniske klokker bli allment tilgjengelige. Reisende fant seg i å tilbakestille klokkene sine flere minutter på hver stasjon øst eller vest. Dette var i beste fall upraktisk.
Også i det århundret skapte fremveksten av telegrafi tidsbesparende problemer for kommersielle og militære enheter - de tidlige adopterne. Telegrafen, oppfunnet i 1832 av Pavel Schilling, var det første sanne "direktemeldingssystemet" (IM). Det tillot kommunikasjon over store avstander ved bruk av strøm, som beveger seg (nesten) med lysets hastighet.
Telefonen, patentert i 1876 av Alexander Graham Bell, var det andre slike IM-system. Og selvfølgelig, for å bruke begge systemene effektivt, er det nyttig å vite klokketidene både på avsenderens og mottakerens plassering.
Breddegrad og lengdegrad
Før vi forklarer hvordan tidssoner løste disse klokkeproblemene, la oss gjøre en rask gjennomgang av breddegrad og lengdegrad. Rundt 150 f.Kr. foreslo Hipparchus of Nicea, en gresk matematiker og astronom, et globalt rutenett for lengdegrad og breddegrad som skal måle posisjon. Det var et koordinatsystem for å lokalisere punkter på overflaten av en sfære. Den vertikale aksen målte "breddegrad" og den horisontale aksen "lengdegrad." Selv om han var forsiktig, ble ideen hans søl i over et årtusen.
Under Age of Discovery, som begynte på 1400-tallet, så kartografer behovet for standardisert breddegrad og lengdegradsmåling. Hvis hensikten din er å kartlegge eller kreve et geografisk sted, må du beskrive posisjonen entydig. Storbritannia "styrte bølgene" den gangen, og tok den første ledelsen i denne bestrebelsen.
Portugal og Spania, de andre store sjøfarende nasjonene, brukte sine egne systemer, men utsatt til slutt til England. Breddegrad var mindre et spørsmål enn lengdegrad, siden det ikke var noen strid om hvor polene (breddegrad 90 grader nord og 90 grader sør) og ekvator (breddegrad 0 grader) var plassert. Valget av et utgangspunkt for lengdemåling (0-graders meridian) var imidlertid vilkårlig. Det var mer basert på nasjonal stolthet og bekvemmelighet.
I 1851 utpekte England Prime Meridian (0 graders lengdegrad) som meridianen som går gjennom Greenwich Observatory. De var den dominerende sjøfarende nasjonen i den tiden, hadde kolonier rundt om i verden, brukte moderne mekaniske klokker og var vitenskapelig kvalifiserte til å etablere en standard. Du har hørt ordtaket "Solen går aldri ned på det britiske imperiet." Det var en gang sant. England hadde kolonier over hele kloden, så det var alltid "dagtid" et sted i det britiske imperiet. Storbritannia hadde trang.
Tidssoner
Ved siste del av 1800-tallet følte forskere, jernbaner og andre fremvoksende næringer behovet for en global tidsnorm. Det første slike system, som bruker 24 standard tidssoner, ble foreslått av Sir Sandford Fleming i 1876. Sandford var en skotsk ingeniør, som hjalp til med å utforme det kanadiske jernbanenettet. Systemet hans ble ikke offisielt sanksjonert av noen global enhet, men i 1900 skapte det vedtakelsen av tidssonesystemet som er i bruk i dag. Nasjon for nasjon, verden kjøpte inn Flemings idé.
Innenfor hver tidssone ville alle klokker være satt til en gjennomsnittlig tid som best representerte der solen lå på himmelen. Den tiden heter betyr soltid. Solialer, til sammenligning, mål tilsynelatende soltid, noen ganger kalt ekte soltid.
Tidssone-prosessen begynte i 1883 for USA, da nasjonen ble delt inn i fire standard tidssoner. Hver sone var sentrert på en lengdegrad meridian:
- Eastern Standard Time (EST) ved 75 grader W (vest for Prime Meridian)
- Central Standard Time (CST) ved 90 grader W
- Mountain Standard Time (MST) ved 105 grader W
- Pacific Standard Time (PST) ved 120 grader W
Storbritannia hadde allerede startet en lignende prosess, og resten av verden fulgte snart etter. I 1900 var det globale systemet med tidssoner vi bruker i dag ganske godt etablert. Økende global tilkobling krevde noe universelt system for tidsmåling, og standard tidssoner var svaret.
De fleste tidssoner følger ikke meridianer med lengdegrad. De sikrer og siler etter behov for å holde øyer, mindre land og store storbyområder på samme klokketid - en åpenbar innrømmelse for enkelhets skyld.
Standard tidssoner er 15 grader brede, siden 360 grader delt på 24 timer tilsvarer 15 grader i timen. De er nummerert per time fra Prime Meridian (lengdegrad 0 grader), som går gjennom Greenwich, England. Greenwich-klokken viser hva som kalles Greenwich Mean Time (GMT). Nummereringssystemet gjør det enkelt å finne tiden i andre soner.
For eksempel ligger California, åtte tidssoner vest for Greenwich, i en sone som heter Pacific Standard Time (PST). Denne sonen er også merket "GMT-8" eller GMT + 16. "Så hvis tiden i Greenwich er 12:00 er klokken 16:00 (12:00 - 8 timer).
GMT mot UTC
Siden 1972 er GMT stort sett erstattet av UTC (Universal Coordined Time). Da atomur ble oppfunnet på 1950-tallet, ble det mulig å måle tid med en nøyaktighet som er bedre enn den som ble gitt av den roterende jorden.
GMT var et "gjennomsnittlig tid" -system basert på teleskopiske observasjoner fra Greenwich Observatory. UTC, mens den er synkronisert med GMT, tar hensyn til små variasjoner i jordas rotasjonsfrekvens. En gang i blant legges et "sprangsekund" til (eller trekkes fra) verdens klokke - det er en korreksjon mellom GMT og UTC. Jordens rotasjonsperiode kan variere fra nøyaktig 24 timer med en brøkdel av et sekund uansett, avhengig av geologiske forstyrrelser.
Når isbreer smelter, er det for eksempel en masseoverføring fra høyere breddegrader mot ekvator. Som med en kunstløper som bremser spinnhastigheten ved å forlenge en arm eller et bein, krever loven om bevaring av vinkelmomentet en reduksjon av spinnhastigheten for å kompensere for denne omfordelingen av masse. Forskere anslår et jordskjelv på 9,0 i Japan i 2011 forskjøvet nok masse bort fra ekvator til å forkorte dagen med 1,8 mikrosekunder (0,0000018 s).
Astronomer må også vurdere forskjellen mellom tilsynelatende og middeltid. Denne forskjellen vil avhenge av hvor langt øst eller vest man befinner seg innenfor en tidssone, og også av tidsligningen, som avhenger av datoen. Og så er det den forvirrende korreksjonen som kalles sommertid (DST). Men igjen, for å forstå IDL, kan vi ignorere disse komplikasjonene.
Hva er IDL?
Vi vet alle endring av dag og dato ved midnatt, uavhengig av hvor du befinner deg på planeten. Men for å bruke et globalt tidssystem med en IDL, må dagen og datoen skilles fra kl to steder - du kan ikke dele en sirkel i to deler med et enkelt "kutt." Løsningen ble gitt i 1884 av den internasjonale meridiankonferansen (IMC), holdt i Washington, D.C., og deltok av representanter for 26 nasjoner.
IMC valgte 180-graders meridian som det andre "kuttet", ikke fordi det var rett overfor Prime Meridian (en hvilken som helst meridian kunne ha vært den andre "kuttet"). 180-graders meridian ble valgt fordi den for det meste går gjennom åpent hav i det sentrale Stillehavet, zigging og zagging for å holde nasjoner i nærheten på sin egen dag og dato. Valget av 180 grader var vilkårlig, men det etablerte IDL i bruk i dag.
Selv om IDL starter midt i UTC ± 12-tidssonen på begge polene - nøyaktig på 180 graders lengdegrad - for det meste av sin lengde, skifter den mot øst og sammenfaller med den østlige kanten av sin tidssone, som også zigs og zags. Hovedpoenget er at denne innkvarteringen holder øya-nasjonene Oceania på hver sin klokke og kalender. Men det er unntak.
Øyene som hoppet over en dag
Rett før midnatt 29. desember 2011 samlet samoere seg rundt klokketårnet i hovedstaden Apia for å feire det historiske øyeblikket med å hoppe til den andre siden av den internasjonale datolinjen.
Mens klokken slo 12:00, sprang folket i Samoa sammen med naboene på øya Tokelau frem til lørdag 31. desember 2011 - og hoppet over fredag. Øyene ble nå ansett å være på vestsiden av IDL på den østlige halvkule. Konkret endret de tidssonen sin fra UTC-11 til UTC + 13.
Avgjørelsen var økonomisk. Selv om Samoa hadde drevet mye av sin virksomhet med USA i det forrige århundre, har denne handelen skiftet betydelig til Asia-Pacific Region, spesielt New Zealand og Australia.
Så selv om Samoa var geografisk nærmere Stillehavslandene, var det en veldig belastende 23-timers forskjell mellom Samoa og New Zealand og en 21-timers forskjell mellom Samoa og Australias østkyst, ifølge EarthSky Communications. Så i et forsøk på å bedre synkronisere arbeidsuka med sine viktigste handelspartnere, bestemte de to øyelandslandene å hoppe over IDL.
I en artikkel publisert 28. desember 2011, i The Guardian, uttrykte Samoa's statsminister Tuilaepa Sailele Malielegaoi ulempen med den forrige IDL-situasjonen:
"Når vi driver med New Zealand og Australia, taper vi to arbeidsdager i uken. Mens det er fredag her, er det lørdag på New Zealand, og når vi er i kirken på søndag, driver de allerede virksomhet i Sydney og Brisbane. "
Denne IDL-overgangen var noe av en hjemkomst for samoere. For mer enn et århundre siden var landet på den vestlige siden av IDL, men bestemte seg i 1892 for å flytte over til østsiden for å være nærmere U.S.-tid. Så i 119 år var samoere vitne til den siste solnedgangen på dagen og var de siste som ringte på nyåret - nå er de en av de første.
Dessverre vil det alltid være en viss ulempe som bor så nær IDL: Nå er det en 24-timers forskjell mellom Samoa - som ligger på den vestlige delen av Samoa øykjede - og Amerikansk Samoa på østsiden.
Tonga foretrakk også å være på UTC + 13 (eller UTC-11) av hensyn til handel og bekvemmelighet. Chatham-øyene, nesten 800 kilometer øst for New Zealand, setter klokker på UTC + 12,75, og skaper en "foreldreløs" tidssone i UTC ± 12. Fraksjonelle tidssoner brukes på 16 steder over hele kloden. Land velger ganske enkelt hva som fungerer best for dem.
Se IDL-arbeidet
I videoen over kan du studere den første pauserammen før du slo "play". Den viser IDL (hvit linje) ved midnattpunktet. La oss si for etikettenes skyld at den grønne kilen representerer den første timen på lørdag. Den blå delen av jorden er fremdeles på fredag. Den røde delen (som vil vises senere) blir søndag.
Den grønne kilen er den første tidssonen vest for IDL. Vesten er med klokken som sett i denne utsikten over Nordpolen. Merk at denne grønne tidssonen:
- er 15 grader bred, spenner over 1/24 av jordens omkrets og en times tid;
- er sentrert om 180-graders meridian;
- strekker seg fra 172,5 grader til lengde 187,5 grader;
- sammenfaller med IDL langs det meste av den østlige grensen;
I det øyeblikket IDL passerer midnatt, registrerer hele tidssonen starten på en ny dag. Alle steder i en gitt tidssone må være på samme klokketid. Det er noen unntak: nasjoner (og regioner innen nasjoner) som har valgt bort DST, og de som har valgt å bruke brøkddssoner. Men det kan vi se bort fra nå.
Modellen i denne animasjonen er idealisert på mange måter. Viktigst er at alle tidssonene er nøyaktig 15 grader brede og sentrert om 24 jevnt fordelt lengdegrad. I tillegg følger IDL nøyaktig den østlige kanten av hele UTC ± 12-tidssonen. Dette er ikke helt slik ting er i den virkelige verden, men det forenkler modellen min veldig.
Nå kan du treffe "play". Se hvordan blå fredag krymper når grønn lørdag vokser. Se hva som skjer når IDL kommer tilbake til midnatt og neste dag og dato begynner. Du vil se rød søndag "utrulle" og erstatte grønn lørdag når jorden roterer. Bruk glidebryteren for å gå frem og tilbake og se hvordan det skjer.
Det er to ting å merke om IDL. For det første, når som helst, er det to påfølgende dager og datoer i kraft på jorden. Disse dagene og datoene skilles med IDL, som går fra Nordpolen til Sydpolen (omtrent) langs lengdegradens 172,5 grader.
For det andre er de to dagene og datoene også delt med midnattlinjen, meridianen rett overfor solen. Så det er virkelig to "dato-linjer" på jorden - den ene roterer med planeten (IDL), og den andre blir liggende fast ved midnattsmeridianen. På motsatte sider av begge "datolinjer" er dagen og datoen alltid forskjellige.
Greenwich, vi har et problem ...
Men vent. Det ser ut til å være et unntak fra denne regelen. Hele kloden ser ut til å være på samme dag og dato i en time hver dag. Det starter når den østlige kanten av UTC-11 tidssone treffer midnatt. Det slutter når den østlige kanten av neste tidssone, IDL (UTC ± 12), treffer midnatt. På det tidspunktet begynner en ny dag å løsne.
Se animasjonen igjen hvis du ikke har fanget det. Det varer bare en time, eller omtrent et sekund i videoen. Du vil se det to ganger, hver gang IDL nærmer seg midnatt.
Men som forklart før, dette er en idealisert modell. Mange tidssoner i nærheten av IDL har blitt "gerrymandered" til det punktet der det er aldri samme dag over hele kloden. I sannhet er det for et uendelig "øyeblikk" - når IDL treffer midnatt.
Det er noen unntak fra det scenariet. For eksempel er Midway Islands i UTC-11, og Marshalløyene er i UTC ± 12. Sjekk ut dette detaljerte kartet over tidssonene i det området. Hvis du bruker Meeting Planner-funksjonen på World Time Server for disse to øyene, vil du se at de faktisk deler samme dag og dato for den siste timen av dagen, som animasjonen min viser. Resultatet kan du se her.
Det er andre kombinasjoner som gir samme resultat. Hovedpoenget er at tidssonene er så virvlete i denne regionen at mange "regler" er brutt. For eksempel: Å krysse IDL endrer dag og dato, men ikke klokkeslett. Unntak eksisterer for begge deler av den "regelen." Derfor trenger vi tidssonekart og verdens tidsservere. Heldigvis kjenner GPS-appene alle regler og unntak, så hold smarttelefonen din til riktig tid, dag og dato uansett hvor du reiser.
Hvis du sto på IDL med en fot på hver side, hvilken dag ville det da være?
Lurespørsmål. Siden du har "krysset" IDL, ville hver fot være i en annen dag. Hvis du hadde en klokke på begge hender, teknisk sett, bør de settes til forskjellige dager og datoer. Spørsmålet om hva tid disse klokkene bør settes til er ikke så lett å svare på.
Avhengig av hvor på IDL du står, kan tidene være alt fra en time til forskjellig. Her kan sommertid rote ting, siden noen steder observerer det og andre ikke gjør det. Og så er det den kompliserte tidssone-komplikasjonen.
Men å "stå overfor IDL" er ikke lett. Med mindre du er på en båt som er forankret på IDL, er det virkelig ikke noe sted du kan "stå" på den måten som er beskrevet bortsett fra i nærheten av polene. Siden lengdegradens meridianer konvergerer ved polene, er det mulig å gå over flere tidssoner på en vilkårlig kort tur. En kilometer fra begge polene er tidssonene bare 262 meter brede. Hvis du var nøyaktig på begge polene, kunne du stå med en fot i alle 24 tidssonene.
Ting blir mye enklere ved å bruke bare noen få tidssoner i nærheten av polene. Noen vitenskapelige baser i Antarktis bruker tid på New Zealand (UTC ± 12), da det er et populært innkjøringssted for reiser til Antarktis. Andre satte klokkene sine på UTC. Astronauter på den internasjonale romstasjonen gjør det samme. ISS beveger seg med en forbløffende hastighet på 7,7 miles per sekund (7,7 km / s). Det er 5,7 ganger raskere enn en hurtigkule. ISS gjør en tur rundt jorden hvert 90. minutt. Så på 24 timer opplever beboerne 32 veksler på dag og dato, og gleder seg over 16 soloppganger og 16 solnedganger. For å holde ting enkelt, er klokkene deres satt til UTC + 0.
Tid er bare et verktøy
Å forstå IDL er en øvelse i aritmetikk, og kanskje litt geometri. Det er ikke magi, det er ikke fysikk og det er knapt astronomi. Det handler om å sette vilkårlige tidsstandarder på en roterende planet. Tid, i den forstand, er bare et annet verktøy i et moderne teknologisk samfunn.
En siste historisk merknad: Under Magellans omskygging av kloden fra 1519-1522 loggførte navigatøren hans nøye passasjen for hver dag deres seilas. Da de kom tilbake til havnen, var dagen og datoen av en. Det tok ikke lang tid å finne ut hvordan den feilen skjedde.
Når du reiser vestover (motsatt retning Jorden roterer), vil hver dag være litt lenger enn 24 timer - det vil si hvis du måler din "dag" som tiden mellom to påfølgende "middag". I løpet av de tre årene de reiste, la de små forskjellene opp til en hel dag. Dette var nesten tre århundrer før IDL ble opprettet, men det demonstrerte behovet for dag- og datojusteringer under global reise.
Takket være vitenskapen, er det funnet ut nå. På 2000-tallet tar folk IDL for gitt. Reise over Stillehavet er rutinemessig, og det vet vi alle hva skjer når du krysser IDL. Nå vet du Hvorfor det skjer.
Dan Heim underviste i fysikk og matematikk i 30 år - mer hvis du teller vitenskapsklubben hans på grunnskolen. Siden 1999 har han vært frilansskribent og lager pedagogisk datagrafikk og animasjoner. Dan er president for Desert Foothills Astronomy Club i New River, Ariz. Hans ukentlige blogg Sky Lights dekker temaer som astronomi, meteorologi og jordvitenskap, og spørsmål fra lesere oppfordres.
