Den internationale datalinje (IDL) er en imaginær - og vilkårlig - linje på Jordens overflade, der løber fra Nordpolen til Sydpolen. Når du krydser IDL, ændres dag og dato. Hvis du krydser det, der rejser vestpå, går dagen fremad med en, og datoen stiger med en. Hvis du krydser det, der rejser mod øst, sker det modsatte.
IDL er ikke et spørgsmål om international ret, men det er en af de få standarder, der er omfattet globalt. IDL er afgørende for global samtrafik, øjeblikkelig kommunikation, tidsmåling og konsistente internationale databaser. Det handler mest om komfort, handel og politik. IDL skete af meget samme grunde som fremkomsten af Internettet - det fungerer, og det gør livet lidt lettere. Før vi diskuterer, hvordan og hvorfor den internationale datolinje blev, skal vi først gennemgå spørgsmålet om at holde tiden.
"Ved nogen virkelig, hvad klokken er?"
Tilbage i dagene før mekaniske ure blev tiden målt mest ved hjælp af solur. Folk stole på definitionen, at "middag" var, da solen var højest på himlen og ret syd. En "dag" var simpelthen tiden mellem to på hinanden følgende "middag". De fleste byer på kloden indstillede deres ure til den cyklus, og alt var godt - i det mindste inden for en bestemt by.
Problemet var, at hver by oplevede middag på sin egen (tilsyneladende) 12:00 kl. Afhængig af længdegrad kan tilstødende byer have en tid på, f.eks. 11:45 eller 12:15 om morgenen. vises på deres solur. Ved ækvator ved at rejse vestpå ca. 1.600 kilometer forsinker ankomst af middag med en time.
I det 19. århundrede komplicerede fremkomsten af transkontinentale jernbaner spørgsmål yderligere. Det århundrede så også nøjagtige mekaniske ure blive bredt tilgængelige. Rejsende befandt sig i at nulstille deres ure flere minutter på hver station mod øst eller vest. Dette var i bedste fald ubelejligt.
Også i det århundrede skabte fremkomsten af telegrafi tidsbesparende problemer for kommercielle og militære enheder - de tidlige adoptører. Telegrafen, der blev opfundet i 1832 af Pavel Schilling, var det første ægte "instant messaging" (IM) -system. Det muliggjorde kommunikation over store afstande ved hjælp af elektricitet, der bevæger sig (næsten) med lysets hastighed.
Telefonen, der blev patenteret i 1876 af Alexander Graham Bell, var det andet sådanne IM-system. Og selvfølgelig, til at bruge begge system effektivt, er det nyttigt at kende uretiderne både på afsenderens og modtagerens placeringer.
Breddegrad og længdegrad
Inden vi forklarer, hvordan tidszoner løste disse urproblemer, lad os gøre en hurtig gennemgang af breddegrad og længdegrad. Omkring 150 f.Kr. foreslog Hipparchus i Nicea, en græsk matematiker og astronom, et globalt gitter af længdegrad og breddegradslinjer for at måle position. Det var et koordinatsystem til placering af punkter på overfladen af en kugle. Den lodrette akse målt "breddegrad" og den vandrette akse "længdegrad." Selvom han var tilfredsstillende, forsvandt hans idé i over et årtusinde.
I løbet af Age of Discovery, begyndende i det 15. århundrede, så kartografer behovet for standardiseret breddegrad og længdegradsmåling. Hvis din hensigt er at kortlægge eller gøre krav på en geografisk placering, skal du beskrive dens placering entydigt. Storbritannien "styrede bølgerne" på det tidspunkt og tog den tidlige føring i denne bestræbelse.
Portugal og Spanien, de andre store søfarende nationer, brugte deres egne systemer, men blev til sidst udsat til England. Breddegrad var mindre et problem end længdegrad, da der ikke var nogen uenighed om hvor polerne (breddegrad 90 grader nord og 90 grader syd) og ækvator (breddegrad 0 grader) var placeret. Valget af et startpunkt til længdemåling (0-graders meridian) var imidlertid vilkårligt. Det var mere baseret på national stolthed og bekvemmelighed.
I 1851 udpegede England Prime Meridian (0 graders længdegrad) som meridianen, der løber gennem Greenwich Observatory. De var den dominerende søfarende nation i den æra, havde kolonier over hele kloden, brugte avancerede mekaniske ure og var videnskabeligt kvalificerede til at etablere en standard. Du har hørt ordsproget "Solen går aldrig ned på det britiske imperium." Det var engang sandt. England havde kolonier over hele kloden, så det var altid "dagtid" et eller andet sted i det britiske imperium. Storbritannien havde kæmpe.
Tidszoner
I den sidste del af 1800-tallet mente forskere, jernbaner og andre nye industrier behovet for en global tidsnorm. Det første sådanne system, der bruger 24 standardtidszoner, blev foreslået af Sir Sandford Fleming i 1876. Sandford var en skotsk ingeniør, der hjalp med at designe det canadiske jernbanenet. Hans system blev ikke officielt sanktioneret af nogen global enhed, men i 1900 gød det af vedtagelsen af det tidszonesystem, der blev brugt i dag. Nation efter nation købte verden ind Flemings idé.
Inden for hver tidszone ville alle ure være indstillet til en gennemsnitlig tid, der bedst repræsenterede, hvor solen var placeret på himlen. Den tid kaldes gennemsnitlig soltid. Til sammenligning måling af solur tilsyneladende soltid, undertiden kaldet ægte soltid.
Tidszone-processen begyndte i 1883 for De Forenede Stater, da nationen blev opdelt i fire standardtidszoner. Hver zone var centreret på en længdegrad:
- Eastern Standard Time (EST) ved 75 grader W (vest for Prime Meridian)
- Central standardtid (CST) ved 90 grader W
- Mountain Standard Time (MST) ved 105 grader W
- Pacific Standard Time (PST) ved 120 grader W
Det Forenede Kongerige var allerede startet en lignende proces, og resten af verden fulgte hurtigt efter. I 1900 var det globale system af tidszoner, vi bruger i dag, ret godt etableret. Stigende global forbindelse krævede et universelt tidsmåling, og standardtidszoner var svaret.
De fleste tidszoner følger ikke præcist længdegrader. De zigger og zag efter behov for at holde øer, mindre lande og store storbyområder på samme uretid - en åbenlys indrømmelse for bekvemmelighed.
Standard tidszoner er 15 grader brede, da 360 grader divideret med 24 timer er lig med 15 grader i timen. De er nummereret per time fra Prime Meridian (længdegrad 0 grader), der løber gennem Greenwich, England. Greenwich-uret viser, hvad der kaldes Greenwich Mean Time (GMT). Nummereringssystemet gør det nemt at finde tiden i andre zoner.
F.eks. Ligger Californien, otte tidszoner vest for Greenwich, i en zone med navnet Pacific Standard Time (PST). Denne zone er også mærket "GMT-8" eller GMT + 16. "Så hvis tiden i Greenwich er 12:00 er klokken 16:00 (12:00 - 8 timer).
GMT vs. UTC
Siden 1972 er GMT stort set erstattet af UTC (Universal Coordined Time). Da atomur blev opfundet i 1950'erne, blev det muligt at måle tid med en nøjagtighed bedre end den, der blev leveret af den roterende jord.
GMT var et "gennemsnitstids" -system baseret på teleskopiske observationer fra Greenwich Observatory. UTC, mens den er synkroniseret med GMT, tager de små variationer i Jordens rotationshastighed hensyn til. Ind imellem tilføjes et "spring sekund" til (eller trækkes fra) verdensur - det er en korrektion mellem GMT og UTC. Jordens rotationsperiode kan variere fra nøjagtigt 24 timer med en brøkdel af et sekund hver vej, afhængigt af geologiske forstyrrelser.
Når gletsjere smelter, sker der for eksempel en masseoverførsel fra højere breddegrader mod ækvator. Som med en kunstskøjteløber, der bremser sin omdrejningshastighed ved at forlænge en arm eller et ben, kræver loven om bevarelse af vinkelmoment en reduktion af spinhastigheden for at kompensere for denne omfordeling af masse. Forskere vurderer, at et jordskælv på 9,0 i Japan i 2011 flyttede nok masse væk fra ækvator til at forkorte dagen med 1,8 mikrosekunder (0,0000018 s).
Astronomer skal også overveje forskellen mellem tilsyneladende og gennemsnitlig tid. Denne forskel afhænger af, hvor langt øst eller vest man befinder sig inden for en tidszone, og også af tidsligningen, der afhænger af datoen. Og så er der den forvirrende korrektion kaldet sommertid (DST). Men igen, for at forstå IDL, kan vi ignorere disse komplikationer.
Hvad er IDL?
Vi ved alle ændringer i dag og dato ved midnat, uanset hvor du befinder dig på planeten. Men for at bruge et globalt tidszonesystem med en IDL, skal dagen og datoen adskilles kl to placeringer - du kan ikke opdele en cirkel i to dele med et enkelt "klip". Løsningen blev leveret i 1884 af den internationale meridian-konference (IMC), der blev afholdt i Washington, D.C., og deltog af repræsentanter for 26 nationer.
IMC valgte 180-graders meridianen som den anden "klipning", ikke fordi den var direkte overfor premiermeridianen (enhver meridian kunne have været den anden "klipning"). 180-graders meridian blev valgt, fordi den for det meste løber gennem åbent hav i det centrale Stillehav, zigger og zagger for at holde de nærliggende nationer på deres egen dag og dato. Så valget af 180 grader var vilkårligt, men det etablerede IDL i brug i dag.
Selvom IDL starter midt i sin UTC ± 12-tidszone ved begge poler - nøjagtigt på 180 graders længde - i det meste af sin længde, skifter den mod øst og falder sammen med den østlige kant af sin tidszone, der også zigs og zags. Kort sagt er, at denne indkvartering holder øens nationer Oceanien hver på deres eget ur og kalender. Men der er undtagelser.
Øerne, der sprang en dag
Lige før midnat den 29. december 2011 samledes samerne rundt om tårnet i hovedstaden Apia for at fejre det historiske øjeblik med at hoppe til den anden side af den internationale datalinje.
Da uret ramte kl. 12, sprang Samoa-befolkningen sammen med deres naboer på øen Tokelau frem til lørdag 31. december 2011 - og hoppede fredag helt over. Øerne blev nu betragtet som på den vestlige side af IDL på den østlige halvkugle. Specifikt ændrede de deres tidszone fra UTC-11 til UTC + 13.
Beslutningen var økonomisk. Selvom Samoa havde drevet meget af sin forretning med USA i det foregående århundrede, er denne handel skiftet markant til Asien-Stillehavsregionen, især New Zealand og Australien.
Så selv om Samoa var geografisk tættere på Stillehavslandene, var der en meget generende 23-timers forskel mellem Samoa og New Zealand og en 21-timers forskel mellem Samoa og Australiens østkyst, ifølge EarthSky Communications. Så i et forsøg på bedre at synkronisere deres arbejdsuge med deres vigtigste handelspartnere, besluttede de to ø-landes lande at hoppe over IDL.
I en artikel offentliggjort den 28. december 2011 i The Guardian, udtrykte Samoa's premierminister Tuilaepa Sailele Malielegaoi ulejligheden med den tidligere IDL-situation:
"Når vi handler med New Zealand og Australien, taber vi to arbejdsdage om ugen. Mens det er fredag her, er det lørdag i New Zealand, og når vi er i kirken på søndag, driver de allerede forretning i Sydney og Brisbane. "
Denne IDL-overgang var noget af en hjemkomst for samoere. For mere end et århundrede siden var landet på den vestlige side af IDL, men besluttede i 1892 at flytte over til den østlige side for at være tættere på den amerikanske tid. Så i 119 år var samoerne bevidne om den sidste solnedgang på dagen og var de sidste, der ringede i det nye år - nu er de en af de første.
Desværre vil der altid være noget besvær, der bor så tæt på IDL: Nu er der en 24-timers forskel mellem Samoa - beliggende på den vestlige del af Samoa-ø-kæden - og Amerikansk Samoa på østsiden.
Tonga foretrækkede også at være på UTC + 13 (eller UTC-11) af hensyn til handel og bekvemmelighed. Chatham Islands, næsten 800 km øst for New Zealand, indstiller ure på UTC + 12,75 og skaber en "forældreløs" tidszone inden for UTC ± 12. Fraktionelle tidszoner bruges på 16 steder over hele kloden. Lande vælger blot, hvad der fungerer bedst for dem.
Se IDL arbejde
I videoen ovenfor skal du studere den første pauseramme, inden du rammer "play". Det viser IDL (hvid linje) ved midnatspunktet. Lad os sige, at den grønne kile repræsenterer lørdets første time af hensyn til labels. Den blå del af Jorden er stadig på fredag. Den røde del (som vises senere) vil være søndag.
Den grønne kile er den første tidszone vest for IDL. Vesten er med uret som set i dette synspunkt oven over Nordpolen. Bemærk, denne grønne tidszone:
- er 15 grader bred, spænder over 1/24 af Jordens omkreds og en times tid;
- er centreret om 180-graders meridianen;
- strækker sig fra 172,5 grader til længde 187,5 grader;
- falder sammen med IDL langs det meste af sin østlige grænse;
I det øjeblik IDL passerer midnat, registrerer hele tidszonen starten på en ny dag. Alle placeringer i en given tidszone skal være på den samme uretid. Der er nogle undtagelser: nationer (og regioner inden for nationer), der har fravalgt DST, og dem, der har valgt at bruge fraktionerede tidszoner. Men vi kan ignorere det for nu.
Modellen i denne animation er idealiseret på mange måder. Vigtigst er, at alle tidszoner er nøjagtigt 15 grader brede og centreres om 24 jævnt fordelt længdegrad. IDL følger også nøjagtigt den østlige kant af hele UTC ± 12-tidszonen. Dette er ikke helt som tingene er i den virkelige verden, men det forenkler min model meget.
Du er nu velkommen til at ramme "play". Se hvordan blå fredag krymper, når grøn lørdag vokser. Se hvad der sker, når IDL vender tilbage til midnat og den næste dag og dato begynder. Du vil se rød søndag "udrulning" og erstatte grøn lørdag, når Jorden roterer. Brug skyderen til at gå frem og tilbage og se, hvordan det sker.
Der er to ting at bemærke ved IDL. Først på ethvert tidspunkt er der to på hinanden følgende dage og datoer i kraft på Jorden. Disse dage og datoer adskilles af IDL, der løber fra Nordpolen til Sydpolen (ca.) langs den 172,5-graders længdegrad.
For det andet er disse to dage og datoer også delt med midnatslinjen, meridianen nøjagtigt overfor solen. Så der er virkelig to "dato linjer" på Jorden - den ene roterer med planeten (IDL), og den anden forbliver fast ved midnatsmeridianen. På modsatte sider af begge "dato linjer" er dagen og datoen altid forskellige.
Greenwich, vi har et problem ...
Men vent. Der ser ud til at være en undtagelse fra denne regel. Hele kloden ser ud til at være på samme dag og dato i en time hver dag. Det starter, når den østlige kant af UTC-11-tidszonen rammer midnat. Det slutter, når den østlige kant af den næste tidszone, IDL (UTC ± 12), rammer midnat. På det tidspunkt begynder en ny dag at løsne sig.
Se animationen igen, hvis du ikke fandt det. Det varer kun en time eller cirka et sekund i videoen. Du vil se det to gange, hver gang IDL nærmer sig midnat.
Men som forklaret tidligere er dette en idealiseret model. Mange tidszoner i nærheden af IDL er blevet "gerrymandered" til det punkt, hvor det er aldrig samme dag over hele kloden. I sandhed er det i et uendeligt "øjeblik" - når IDL rammer midnat.
Der er nogle undtagelser fra dette scenarie. For eksempel er Midwayøerne i UTC-11, og Marshalløerne er i UTC ± 12. Tjek dette detaljerede kort over tidszoner i dette område. Hvis du bruger Meeting Planner-funktionen på World Time Server til disse to øer, vil du se, at de faktisk deler den samme dag og dato for den sidste time af dagen, som min animation viser. Dette resultat kan du se her.
Der er andre kombinationer, der giver det samme resultat. Hoveddelen er, at tidszoner er så virvlet i denne region, at mange "regler" er brudt. For eksempel: Krydsning af IDL ændres dag og dato, men ikke tidspunktet. Der findes undtagelser for begge dele af denne "regel". Derfor har vi brug for tidszone kort og verdens tid servere. Heldigvis kender GPS-apps alle regler og undtagelser, så hold din smarte telefon på det rigtige tidspunkt, dag og dato, uanset hvor du rejser.
Hvis du stod på IDL med en fod på hver side, hvilken dag ville det da være?
Spørgsmål. Da du har "krydset" IDL, vil hver fod være i en anden dag. Hvis du teknisk set havde et ur på begge hænder, skulle de være indstillet til forskellige dage og datoer. Spørgsmålet om hvad tid disse ure skal indstilles til er ikke så let at besvare.
Afhængig af hvor på IDL du står, kan tiderne være overalt fra en time forskellige. Her kan sommertid ødelægge tingene, da nogle steder observerer det og andre ikke. Og så er der den fraktionerede tidszonekomplikation.
Men at "stå overfor IDL" er ikke let. Medmindre du er på en båd, der er forankret ved IDL, er der virkelig ikke noget sted, du kunne "stå" på den måde, der er beskrevet undtagen i nærheden af polerne. Da længdegradets meridianer konvergerer ved polerne, er det muligt at gå over flere tidszoner på en vilkårlig kort vandretur. En kilometer fra begge poler er tidszoner kun 262 meter brede. Hvis du var nøjagtigt på begge poler, kunne du stå med en fod i alle 24 tidszoner.
Ting bliver meget enklere ved kun at bruge et par tidszoner i nærheden af polerne. Nogle videnskabelige baser i Antarktis bruger tid på New Zealand (UTC ± 12), da det er et populært indgangspunkt for rejser til Antarktis. Andre satte deres ure til UTC. Astronauter på den internationale rumstation gør det samme. ISS bevæger sig med den forbløffende hastighed på 4,7 miles per sekund (7,7 km / s). Det er 5,7 gange hurtigere end en hurtig kugle. ISS foretager en tur rundt om Jorden hvert 90 minut. Så i løbet af 24 timer oplever beboerne 32 dag- og datovekslinger og nyder 16 solopgange og 16 solnedgange. For at holde tingene enkle er deres ure indstillet til UTC + 0.
Tid er bare et værktøj
At forstå IDL er en øvelse i aritmetik og måske nogle geometri. Det er ikke magi, det er ikke fysik og det er næppe astronomi. Det handler om at indstille vilkårlige tidsstandarder på en roterende planet. Tid i den forstand er bare et andet værktøj i et moderne teknologisk samfund.
En sidste historisk note: Under Magellans 1519-1522 omgåelse af kloden loggede hans navigatør flittigt passagen for hver dag af deres rejse. Da de vendte tilbage til hjemhavnen, var dagen og datoen slukket af en. Det tog ikke lang tid at finde ud af, hvordan denne fejl opstod.
Når du rejser vestpå (modsat den retning, Jorden roterer), vil hver dag være lidt længere end 24 timer - det vil sige, hvis du måler din "dag" som tiden mellem to på hinanden følgende "middag". I løbet af de tre år, hvor de rejser, føjede de små forskelle sig til en hel dag. Dette var næsten tre århundreder før IDL blev etableret, men det demonstrerede behovet for dags- og datojusteringer under den globale rejse.
Takket være videnskab er det alt sammen regnet ud nu. I det 21. århundrede tager folk IDL for givet. Trans-Stillehavsrejser er rutine, og det ved vi alle sammen hvad sker, når du krydser IDL. Nu ved du det hvorfor det sker.
Dan Heim underviste i fysik og matematik i 30 år - mere hvis du tæller hans videnskabsklub for klasseskoler. Siden 1999 har han været freelance skribent og skaber uddannelsesmæssig computergrafik og animationer. Dan er præsident for Desert Foothills Astronomy Club i New River, Ariz, og hans ugentlige blog Sky Lights dækker emner, herunder astronomi, meteorologi og jordvidenskab, og spørgsmål fra læsere opmuntres.
