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MS Wissenschaft

“MS Wissenschaft” alias “Jenny”
“MS Wissenschaft” alias “Jenny”

Die MS Wissenschaft ist ein Binnenschiff, das eigentlich auf den Namen Jenny getauft ist. Seit 2002 fährt dieses Schiff im Sommer als MS Wissenschaft mit einer zum Wissenschaftsjahr passenden Ausstellung quer durch Deutschland und angrenzende Staaten, macht für ein paar Tage in ausgewählten Städten Halt und ist dort kostenlos zu besuchen.

Das diesjährige Wissenschaftsjahr steht unter dem Motto Die Digitale Gesellschaft und somit lautet die Ausstellung Digital unterwegs. Ich war zu der Auftaktveranstaltung vor offizieller Eröffnung mit Überführung vom Berliner Westhafen zum Schiffbauerdamm am Bahnhof Friedrichstraße geladen. Dabei wurden fünf Exponate von den betreuenden Wissenschaftlerinnen und Expertinnen vorgestellt.

Das ganze fand wieder im Rahmen eines ScienceTweetup statt, bei dem ich schon öfters anwesend war. Der Name ist etwas irreführend, kommt aber ursprünglich vom SpaceTweetup, bei dem sich geladene Interessierte trafen und mit Weltraumfahrerinnen, -wissenschaftlerinnen oder -ingenieurinnen austauschen konnten. Das ganze wurde auf die Wissenschaft ausgeweitet, um mehr Öffentlichkeitsarbeit zu machen und die Themen in die sozialen Medien zu tragen. Im Namen stecken die Begriffe Twitter und Meetup, aber darauf ist es nicht begrenzt.

Für mich war es das dritte ScienceTweetup. Zuvor war ich schon letzten Sommer im Vorprogramm der Langen Nacht der Wissenschaften in Berlin-Adlershof dabei und im November beim Start der SWARM-Satelliten.

Begrüßung

Der nördliche Ausgang des U-Bahnhof Westhafen führt direkt ins Hafengebiet, wo die MS Wissenschaft vertäut lag. Es war noch emsiges Treiben am Kai, da Aufbaumaterial raus gebracht und die letzten Arbeiten abgeschlossen wurden.

Erstmal einen Kaffee aus dem Bordreplikator und ein Gruppenfoto auf Deck. Bei der danach folgenden offiziellen Begrüßung unter Deck quatschte der elektronische Begleiter Oskar die ganze Zeit rein, weshalb ich kaum ein Wort verstand. Diese elektronischen Begleiter haben einfach noch kein Taktgefühl, wann sie mal ihre Lautsprecher dicht halten sollen…

Uns wurde kurz das Konzept des Speeddatings an den Exponaten erklärt. In jeweils 10min an fünf Stationen werden wir Infos zum Exponat erhalten und können Fragen an die Wissenschaftlerinnen und Expertinnen stellen.

Wegweiser

Der etwa 500m² Raum große Raum im Inneren des Schiffs wurde sehr schön hergerichtet. Richtig futuristisch mit wegweisenden, leuchtenden Bändern an der Decke. Das gefiel mir sehr. Ich gehe hier mal die Reihenfolge durch, wie ich sie mitgemacht habe.

Ornithologie

Erstmal Verwunderung: was macht die Vogelbeobachtung in der Digitalen Gesellschaft? Dann wurde uns ein etwa Smartphone-großer Sender gezeigt, der an (große) Zugvögel befestigt wird, um deren Zugverhalten zu beobachten. Die Ortsdaten werden von GPS empfangen und per Mobilfunk an die Datenbank Movebank übertragen. Wie das nun genau mit Roaming usw. funktioniert konnte nicht erklärt werden, aber das ist eher eine Nebensache. Damit die Akkus lange halten, werden diese mit einer Solarzelle aufgeladen.

5mm großer Peilsender durch Lupe betrachtet (und Interferenzen von der Beleuchtung)
5mm großer Peilsender durch Lupe betrachtet (und Interferenzen von der Beleuchtung)

Neben Zugvögeln werden viele weitere Tiere getrackt. Ebenso wird an kleineren Sendern geforscht. So soll die nächste Generation nur 5mm groß sein und kann auch kleinen Tieren aufgesetzt werden. Diese Daten sollen von der Internationalen Space Station (ISS) im Rahmen der ICARUS Initiative ab 2015 ausgelesen werden. Ich war völlig erstaunt, dass auch solche Projekte an Bord der ISS stattfinden. Federführend steht dahinter das Max-Planck-Institut für Ornithologie in Oberbayern und  das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR.

Erschreckend finde ich eher, dass die Technik bereits so weit ausgereift ist, mittels kleinster Empfänger Bewegungen tracken zu können. Wann wird das neben trackbaren (und ausschaltbaren) Smartphones auf Menschen ausgeweitet?

Freies Wissen und Freie Daten

Hier zeigen sich die beiden Vereine Wikimedia Deutschland und Open Knowledge Foundation Deutschland. Ein Exponat ist eine auf OpenStreetMap basierte Karte, die Wikipedia-Artikel in der Nähe des Standorts zeigt. Also im Grunde nichts anderes, was bereits viele Smartphone-Apps seit Jahren schon machen. Aber womöglich kennen manche Besucherinnen der Ausstellung dieses noch nicht, weshalb es durchaus Sinn macht, diese Verknüpfung von frei zugänglichen Daten zu zeigen.

Beim Exponat der Open Knowledge Foundation geht es mehr darum, die Sensibilisierung für frei verfügbare offene Daten zu fördern. Insbesondere am Beispiel von Daten für den Öffentlichen Personen(nah)verkehr im Rahmen von Berlin Open Data. In unserer Gruppe entstand eine Diskussion darüber, wie dieses Ziel verwirklicht werden kann und an welcher Stelle wirtschaftliche Interessen die Erreichung des Ziels torpedieren.

Internet- und Smartphonesucht

Beim Exponat des Institut für Psychologie der Universität Bonn stehen Smartphones und Tablets bereit, die einfach so benutzt werden können. Das Nutzungsverhalten wird getrackt und visualisiert. Auf den Tablets gab es einen Fragebogen, um eine Selbsteinschätzung zum eigenen, möglichen Suchtverhalten zu erhalten. Dieser (zweifelhafte) Fragebogen ist auch von außerhalb des Schiffs verfügbar.

Für meinen Geschmack hängt die Forschung hier sehr stark hinterher. Die Fragen und die Erläuterungen gehen selbst im Jahr 2014 noch davon aus, dass für den Online-Zugang eine Einwahl notwendig ist. Seit mindestens 10 Jahren sind Flatrates üblich und Offline bin ich eher durch äußere Umstände wie schlechten Netzausbau in der U-Bahn oder der brandenburgischen Pampa.

Die Diskussion mit dem Wissenschaftler Dr. Christian Montag brachte ein paar Aspekte zur Beurteilung einer Online-Sucht mit rein. Einige Aussagen dabei waren:

  • Wer das Internet viel beruflich nutzt, ist weniger Suchtgefährdet.
  • Jugendliche fliegen von der Schule oder verlieren ihre Ausbildung durch exzessives Spielen von World of Warcraft.
  • Unkonzentriertheit und Nervosität macht sich während einer Offline-Phase bemerkbar.
  • Schlafmangel durch lange Zeit im Internet.
  • Aufgaben des täglichen Lebens werden vernachlässigt.
  • Bei einer Analyse der geschriebenen Texte, beispielsweise mit der in Bonn entwickelten Android App, kann Depression diagnostiziert werden.

Mir kommt es so vor, dass diese Studie von Wirtschaft, überforderten Eltern und Lehrern gefördert ist. Eine Überschneidung der Gruppen ist möglich, also in der Wirtschaft tätige überforderte Eltern. Das Internet wird als Problem beschrieben statt es als Chance zu begreifen. Eltern und Lehrer kommen mit der technischen Entwicklung nicht mehr nach und können Kindern den Umgang nicht beschreiben.

Denn das größte Problem ist aus meiner Sicht, dass die Einführung eines weiteren Pfeilers in der Grundschule seit Mitte der 1990er-Jahre verschlafen wurde: neben Lesen, Schreiben und Rechnen bedarf es des Fachs Suchen, Finden und Bewerten. Oder auch Medienkompetenz.

Es wird die Chance vertan, uns fit für die Zukunft zu machen. Es ist einfacher, den Zeigefinger zu heben statt die Technik zu nutzen. Das ist ein wenig Schade und es hätte mich gefreut, wenn das als Pate stehende Bundesministerium für Bildung und Forschung mehr in diese Richtung gezeigt hätte. Eventuell soll dieses Exponat konkret ein Gegenpol zu den ansonsten vielen positiven Darstellungen sein.

Prothesen

Auch bei diesem Exponat fragte ich mich erst, was es mit der Digitalen Gesellschaft zu tun hat. Beim Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf (das ist ein historischer Name und müsste heute eher Materialforschung heissen) wird nach einem Alternativmaterial für Knochenprothesen geforscht. Heute sind diese aus Titan, was jedoch viel stabiler als menschlicher Knochen ist. Das führt dazu, dass weniger Elastizität in den Gelenken sitzt und nach einigen Jahren die Gelenke aus natürlichen Knochen verschlissen sind.

Die Forscherinnen haben nach einer Legierung gesucht, die ähnliche Steifigkeit wie der Knochen aufweist. Diese Forschung konnte mittels Quantencomputeralgorithmen durchgeführt werden. Eine optimale Kombination besteht laut der Analyse aus Titan und Niob – Titan und Arsen wäre noch besser, aber Arsen ist leider gesundheitsschädlich.

Mit der Digitalen Gesellschaft hat es insoweit zu tun, als dass Computer für die Berechnung unserer Cyborg-Ersatzteile eingesetzt werden. Viel spannender fände ich, wenn in die künstlichen Knochen Sensoren eingebaut werden, wie stark die Belastung ist. Aber erstmal muss es überhaupt zur Produktion und Tests mit dieser neuen Legierung kommen. Da ist nun der Übergang von der Grundlagenforschung zur angewandten Forschung gefragt.

Interessanterweise gibt es diese Legierung bereits in der Weltraumtechnik als Austrittsdüse eines Raketentriebwerks. Doch darauf wurde nicht eingegangen. Vermutlich sind diese Wissenschaftsfelder doch zu weit voneinander entfernt.

Schwarze Löcher und Neutronensterne

An der letzten Station ging es um die Entdeckung von schwarzen Löchern. Das Prinzip ist recht einfach (und wurde uns von Dr. Benjamin Knispel vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik/Albert-Einstein-Institut sehr anschaulich erklärt): wie Albert Einstein bereits in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieb, werden bei Wechselwirkungen von Gravitationskörpern Gravitationswellen erzeugt. Diese sind auch auf der Erde nachzuweisen, indem Partikel minimal gestaucht und gestreckt werden. Über einen in L-Form aufgesplitteten Laserstrahl mit Schenkellängen von mehreren Kilometern können mittels Interferometrie diese Veränderungen gemessen werden. Die Wissenschaftlerinnen haben bereits vier solcher Anlage aufgebaut und werten die Daten aus.

Insbesondere fallen solche Gravitationswellen an, wenn extrem massereiche Objekte wie Neutronensterne (also Sterne im Endstadium, die nicht zum schwarzen Loch wurden) mit anderen massereichen Objekten wechselwirken. Das können wiederum Neutronensterne oder auch schwarze Löcher sein.

An dieser Stelle kann nicht oft genug betont werden, dass schwarze Löcher keine “Löcher” sind, sondern ebenso wie Neutronensterne ausgebrannte Sterne mit einer noch größeren Masse, dass selbst das aus Wellen und Teilchen bestehende Licht das Gravitationsfeld nicht verlassen kann. Somit können schwarze Löcher auch nicht gesehen werden, aber durch dieses Gravitationswellenverfahren ist es möglich, die Position zu bestimmen.

Für die Berechnung der Position wird auf ein Community-Projekt zurückgegriffen. Ähnlich wie schon vor 15 Jahren SETI@Home den eigenen Rechner während der nicht genutzten Zeiten Berechnungen durchführen ließ, macht es auch das Projekt Einstein@Home. Aktuelle GPUs sind dafür sehr gut geeignet; ein neues Projekt für ausgediente BitCoin-Cluster?

Durch bessere Messmethoden ist es nun sogar möglich, nicht nur schwarze Löcher in unserer Galaxie zu entdecken (neben dem im Zentrum gibt es diverse weitere), sondern die Suche kann bereits auf den Virgo-Cluster ausgedehnt werden. Also auf etwa 1300 bis 2000 Galaxien.

Überfahrt

Bild von Felix Metzger @ffmetzger https://twitter.com/ffmetzger/status/463361524409851904
Bild von Felix Metzger @ffmetzger https://twitter.com/ffmetzger/status/463361524409851904

Das Speeddating an den Exponaten ging viel zu schnell rum. Beim letzten Exponat merkte ich schon, wie der Boden unter meinen Füßen wackelte und etwas stärker schwankte. Durch eine Treppe im Bug schaute ich nach oben und sah das Schiff knapp unter einer Brücke weggleiten: Die MS Wissenschaft fährt und wir dürfen ausnahmsweise bei einer Fahrt an Deck sein. Denn der Westhafen ist viel zu weit weg von den Besucherströmen. Ziel ist der Schiffbauerdamm am Bahnhof Friedrichstraße in Berlin-Mitte.

IMG_0283Die Fahrt wurde ein schönes Erlebnis, denn mit den 100m Länge ist sie ein ganzes Stück größer als die meisten Ausflugsschiffe und kann nur mit Hilfe eines weiteren Lotsen am Bug durch die engen Wasserstraßen manövriert werden. Mehrmals durften wir Brücken-Limbo spielen, da nur wenige Zentimeter Platz zu den Aufbauten verblieben – also Köpfe einziehen! Auch die Kapitänskajüte musste dazu abgelassen werden, da sie sonst an der Brücke hängen geblieben wäre.

Der Blick vom Wasser auf die Stadt ist noch mal ganz anders. Es kann auch an der sehr schönen Abendsonne gelegen haben. Auf jeden Fall ein Erlebnis wert!

Danke an die Organisatoren für dieses Event – inzwischen sind beim ScienceTweetup so viele Gruppen beteiligt, dass ich den Überblick verloren habe. Das ist auch nicht weiter schlimm, denn es ist umso besser, dass hier die Wissenschaft an einem Strang zieht. Also, danke und weiter machen!

Die Tour

Die MS Wissenschaft wird bis Ende September durch Deutschland und Österreich fahren. Die kostenlose Ausstellung mit viel mehr als den von mir beschriebenen Exponaten ist auf jeden Fall einen Besuch wert! Wann und wo Halt gemacht wird, gibt es im Tourkalender.

Bis Sonntag ist sie noch in Berlin und am Samstagabend im Rahmen der Langen Nacht der Wissenschaften bis 24 Uhr (statt 19 Uhr) zu besuchen.

Das Leben eines Funkamateurs

Seit etwa 15 Jahren interessiere ich mich für den Amateurfunk und darf selbst seit September 2006 nach bestandener Prüfung daran teilnehmen. Im Laufe der Jahre hat sich das ein oder andere Funkgerät bei mir eingefunden – und nun ist ein weiteres Gerät dabei.

Seit Anfang dieses Jahres haben einige Bekannte in Berlin ihre Prüfung zur Teilnahme am Amateurfunk bestanden. Daraus ist eine schöne Gruppe geworden in der wir gemeinsam Antennen bauen oder Geräte ausprobieren. Die Funkpraxis abseits von Veranstaltungen des Chaos Computer Clubs oder von Contesten macht mir viel Spaß. Es ist ein Hobby und soll auch so betrieben werden.

In dieser Gruppe kam die Idee auf, ein schönes, altes Röhrenfunkgerät anzuschaffen, um an diesem Gerät den Aufbau und Betrieb zu studieren. Im Gegensatz zu modernen, DSP-basierten Geräten, muss noch alles analog von Hand eingestellt werden. Es gibt kaum Knöpfchen zum Drücken, sondern viele Rädchen zum verstellen. Nebenher haben Röhren statt Transistoren ihren ganz besonderen Charme.

Heute gab es im FEZ in der Wuhlheide einen Amateurfunkflohmarkt. Neben vielem Kleinkrams, abgelöteten Bauteilen von Platinen, inzwischen auch das ein oder andere Smartphone, stand dort ein Röhrengerät rum. Ein HeathKit HW-100. Es macht einen sehr guten und gepflegten Eindruck und ist sogar komplett mit Aufbau- und Servicehandbuch. HeathKit hat Funkgeräte als Bausatz vertrieben, die der Funkamateur selbst zusammenbauen musste.

Der Verkäufer meinte zu mir, er habe es aus einem Nachlass übernommen. Nach näheren Details hatte ich nicht nachgefragt, denn der Amateurfunk ist zumindest in Deutschland überaltert. Aktuell gibt es viele Geräte aus Nachlässen verstorbener Funkamateure, da die Angehörigen mit der Technik wenig anfangen können.

Der Vorbesitzer

Auf dem Gerät ist ein geprägtes Klebeschild mit dem Rufzeichen des Vorbesitzers angebracht: DL7KJ. Rufzeichen sind die weltweit eindeutigen Kennungen von Amateurfunkstellen, also eines jeden Funkamateurs oder auch Klubstationen und automatisch betriebenen Station. Das Rufzeichen kann nach bestandener Prüfung beantragt werden und erst nach Zuteilung darf am Amateurfunkdienst teilgenommen werden. In der Regel bleibt ein Rufzeichen ein Leben lang gültig oder man gibt es selbst zurück. In seltenen Fällen ändert sich etwas am Rufzeichenplan, wonach das Rufzeichen ausgetauscht wird.

Wem welches Rufzeichen zugeteilt ist, kann in Deutschland bei der zugständigen Behörde, der Bundesnetzagentur, nachgeschaut werden. Dort ist DL7KJ keiner Person zugeordnet. Aber ich fand interessanterweise einen Rundspruch aus dem Jahr 1968. Dort wird mitgeteilt, dass das Rufzeichen DL7KJ nach erfolgreicher Prüfung an Bodo vergeben wurde.

In dem Servicemanual, das dem Funkgerät beilag, fand ich eine Garantiekarte vom 23.12.1968, die sich mit dem Namen deckt. Als kleine Geschichte kann ich mir vorstellen, dass sich DL7KJ den HW-100 zu Weihnachten als erstes eigenen Funkgerät geleistet hatte.

Weiter gibt es im Internet eine QSL-Karte vom 20.05.1975. QSL-Karten werden im Funkverkehr (Amateurfunk oder früher auch gerne Langwellenradio) verwendet, um den Empfang einer Station zu bestätigen. Auf der Karte steht auch drauf mit welchem Funkgerät, welcher Antenne und in welcher Betriebsart die Verbindung zustande kam.

QSL-Karte von DL7KJ mit DL7SP (lokale Kopie angelegt)
QSL-Karte von DL7KJ mit DL7SP (lokale Kopie angelegt)

An diesem Tag hat sich DL7KJ mit DL7SP auf 28MHz (10m) in SSB (Single-Side-Band, also mit Sprache) um 17:09h UTC unterhalten. Als verwendetes Gerät steht HW-100 auf der Karte. Ich gehe mal ganz stark davon aus, dass es genau das Gerät ist, was ich heute aufgekauft habe!

Es gibt noch ein paar weitere Suchmaschinentreffer zu DL7KJ. Ein Glückwunsch zum 60 Geburtstag im Jahr 2000. Ein paar Bilder von Amateurfunkveranstaltungen in 2007. Und einen Hinweis darauf, dass er im Sommer 2011 noch gefunkt hat.

In der Mitgliederzeitschrift CQ DL des DARC e.V. habe ich in der Ausgabe 02-2014 in der Kategorie Silent Key (“schweigende Taste”) gelesen, dass Bodo DL7KJ im November 2013 verstorben ist. Vielleicht hatten wir uns noch im Sommer auf einer Veranstaltung getroffen – aber ich kann mich nicht mehr genau daran erinnern.

Ich gehe davon aus, dass Bodo knapp 45 Jahre lang der erste und einzige Besitzer des Funkgeräts HW-100 war. Den eigenen Modifikationen nach zu urteilen hat er viel CW (Continuous Wave; eine Betriebsart zum umgangssprachlichen Morsen) betrieben. Wann das Gerät zum letzten Mal in Betrieb genommen wurde, kann ich noch nicht beurteilen.

Aber nachdem ich nun ein wenig die Historie zum Gerät und seinem Besitzer kenne, bin ich gewollt, es wieder in Betrieb zu nehmen und pfleglich zu behandeln! Dazu muss gründlich der Staub entfernt und die Lötstellen überprüft werden. Aber ich bin sehr zuversichtlich, dass das Gerät weiterhin funktioniert.

Verlorenes Wissen

Bereits während des Flohmarkts sagte Fabienne zu mir, es sei traurig anzusehen, wie überaltert die Funkamateure sind und dass demnächst eine Zeit kommt, in der ganz viel Wissen wegstirbt. Dafür, dass sie sonst wenig mit dem Amateurfunk zu tun hat, finde ich ihre Beobachtung sehr treffend.

An manchen Ständen konnte ich Gesprächen lauschen, wo sich OMs (im Amateurfunkjargon die Umschreibung für einen anderen Funkamateur, was bezeichnenderweise für “Old Man” steht; es gibt auch die Bezeichnung YL für “Young Lady” und XYL für die Ehefrau…) Wortwechsel lieferten wie “Und, habt ihr schon einen Nachfolger für den Verein gefunden?” – “Nee, noch nicht. Ist doch kaum noch einer da… letztes Jahr sind viele verstorben.” – “Ja, da bräuchte es mal Leute mit mehr Energie.”

Zumindest innerhalb des Vereins DARC e.V. liegt der Altersdurchschnitt bei 57 Jahren. Dementsprechend “vergraut” sieht es auf Veranstaltungen aus. Irgendwie fehlt einfach die Generation derjenigen, die heute zwischen 35 und 55 sind.

Persönlich sehe ich den Amateurfunk wieder im Kommen. Im Laufe des letzten Jahres sah ich viele junge Menschen – Studenten oder frisch im Beruf gelandete – die Amateurfunkprüfung ablegen. Im Herbst hatte ich einen Kurs geleitet, der mit der Prüfung abschloss. Kein halbes Jahr später gibt es wieder genügend Interessenten für einen weiteren Kurs.

Ausschlaggebend sind Techniken wie WLAN-Basteleien und SDR (Software Defined Radio). Hier wollen Interessierte schlicht mehr wissen, wodurch die Vorbereitung auf die Amateurfunkprüfung das nötige Wissen vermittelt. Sei es der Aufbau von Antennen oder das Prinzip eines Senders und Empfängers, die physikalischen Prinzipien zur Wellenausbreitung, oder die Möglichkeit zum legalen Experimentieren mit Aussendung von Signalen. Das Interessensspektrum ist groß.

Gemeinsam Lernen

Die eingangs genannte Gruppe trifft sich regelmäßig in der Abteilung-für-Redundanz-Abteilung (AfRA) in Berlin-Lichtenberg. Das nächste Treffen ist am Mittwoch, den 9. April ab 19:30h. Vermutlich werden wir uns aufgrund des großen Interesses ab dann zweiwöchentlich treffen.

Das Treffen ist auch wunderbar geeignet, um weitere Interessierte an einem Amateurfunkkurs kennen zu lernen. Wir planen bereits den nächsten Kurs, haben aber noch kein konkretes Datum. Allein die Gespräche und das Mitwirken beim Aufbau von Antennen oder dem Reparieren von Funkgeräten vermittelt sehr viel Erfahrung, die für die Prüfung nützlich ist.

Übrigens, mein Rufzeichen ist DC4LW. Vielleicht hören wir uns mal auf einem der vielen Bänder.

Zeitzeichen

Als ich an diesem Sonntagmorgen zum ersten Mal die Augen öffnete und auf den Funkwecker neben meinem Kopfkissen blickte, zeigte dieser 11:04 Uhr.  Gut, die letzte Nacht war lang, aber dafür sind Sonntage ja da. Wie morgens so üblich schnappte ich mir mein iPad und klickte mich durch die aktuellen Neuigkeiten. Nach einer Weile schaute ich dort auf die Uhr am oberen Displayrand: 12:24. Moment! Das waren jetzt doch unmöglich eine Stunde und zwanzig Minuten, die ich mit Lesen verbracht habe?

Ein Blick auf das iPhone: 12:24. Ein Blick auf den Funkwecker: 11:24. Was stimmt denn nun? Der Himmel ist so bewölkt, dass ich die Sonne nicht sehen kann, um daraus die Stunde zu interpolieren. Nach zwei Jahren in diesem Schlafzimmer bekomme ich es recht gut hin, mittels des Einfallswinkels der Sonnenstrahlen durch die Schlitze der Rollläden die ungefähre Stunde zu bestimmen. Das Prinzip ist wie bei einer Sonnenuhr – und die funktioniert nur mit direkter Sonneneinstrahlung.

Der erste Gedanke war, dass ich einem Apple-Bug aufgesessen bin. Zwei iOS7-Geräte, die beide eine Stunde vor gehen. Ist ja nichts unübliches, denn Bugs mit Uhrzeiten hatte sich Apple schon geleistet. Und der Funkwecker – so meine Logik – wird mit Zeitzeichen synchronisiert. Der kann nicht falsch gehen! Und wenn, dann zeigt der gar nichts an oder das Symbol, dass sich dieser synchronisiert!

Entwicklung der Zeit

Generell ist es interessant, die Entwicklung der Zeit in der heutigen Form anzusehen. Als Kind lernen wir die Uhr zu lesen und das ist mit das komplizierteste was es in dem Alter gibt. Später lernen wir in Fremdsprachen, die verschiedenen verbalen Uhrzeitangaben (“quarter to one”) und stellen dann fest, dass es selbst im Deutschen keine einheitliche Form gibt (“viertel vor eins” versus “dreiviertel eins”). Dazu kommen die Unterteilungen in zwölf und vierundzwanzig Stunden und scheitern an der Frage, ob im Amerikanischen nach 12 Uhr Mittags dann “A.M.” oder “P.M.” verwendet wird?

Bemerkenswert ist, dass immer wieder die Zahl 12 bei der Bestimmung der Zeit vorkommt. Das Jahr hat 12 Monate. Der Tag hat 2 mal 12 Stunden. Die Stunde 5 mal 12 Minuten und die Minuten 5 mal 12 Sekunden. Zur Erklärung müssen wir ganz weit in der Entwicklung des Menschen zurückgehen. Mindestens 35000 Jahre, also so weit, als der Mensch anfing zu zählen und davon bis heute belegbare Notizen in Form von Kalender-Stöckchen machte.

Der Mensch beobachtete die Natur. Einen Tag festzustellen ist ziemlich simpel. Das ist einfach genommen eine Rotation um die eigene Erdachse, also ein Mal der Durchlauf von Sonnenaufgang über Sonnenuntergang bis zum nächsten Sonnenaufgang. Weiterhin konnte der Mond beobachtet werden. Während die Erde ein Mal um die Sonne rotiert, bewegt sich der Mond (etwa) 12 mal um die Erde. Damit waren die Monate (daher der Name) festgelegt. Da die 29 ½ Tage des Mondumlaufs nicht exakt in die 365 ¼  Tage des Jahres passten, sondern etwas mehr als ⅓ länger ist, wurde schon in alten Kalendern alle drei bis vier Jahre ein Monat zusätzlich eingeschoben. Heute sind die Monate alle etwas länger und es wird nur noch der  ¼ verlängerte Tag des Sonnenjahres durch einen Schalttag ausgeglichen.

Dennoch war die Zahl 12 etwas besonderes und viele Rechnungen basieren auf dem Duodezimalsystem und dem damit verbundenen Sexagesimalsystem (basierend auf der 60). Diese wurden zur Einteilung des Tages in zwei 12-Stunden-Abschnitte verwendet: 12 Stunden vom Sonnenaufgang bis zum -untergang und dann noch mal 12 Stunden bis zum nächsten Sonnenaufgang. Diese Entwicklung geschah im Nahen Osten und dem altertümlichen Ägypten, also Breiten, in denen zu jeder Jahreszeit die Sonne komplett untergeht. Im hohen Norden, nördlich der Wendekreise, würde es bei dieser Zählung nur eine Zeitskala geben, da die Sonne dort im Sommerhalbjahr nie untergeht oder im Winterhalbjahr nie aufgeht.

Dennoch sind die Tage in der Mittelmeerregion nie gleich lang. Dadurch, dass die Erdachse um etwa 23,5 ° gegenüber der Bahn um die Sonne geneigt ist, gibt es die Jahreszeiten und unterschiedlich lange Tage. Nur an den Tagen Frühlings- und Herbstanfang waren die 12 Stunden exakt 12 Stunden nach heutigen Maßstäben lang. Im Sommer war eine Tagesstunde länger und im Winter eine Nachtstunde. Die Uhrzeit wurde zumindest bei Sonnenschein mit Sonnenuhren gemessen – ähnlich wie ich es vorhin schon mit meinem Rollladen beschrieb.

Für die Nachtstunden wurden verschiedene Ansätze genutzt. Zum einen konnte der Mond verwendet werden – zumindest bei Vollmond, wenn dieser exakt auf der Geraden von Sonne über die Erde steht, ist dieser von Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang zu sehen. Ansonsten gab es interessante Konstruktionen von Wasseruhren über Sanduhren bis hin zu Kerzen, die eine bestimmte Zeit zum Abbrennen brauchen oder auf denen Zeitmarkierungen eingeritzt waren.

Gleichbleibende Stunde

Mit fortschreitender Entwicklung der Technik konnten ab dem 14. Jahrhundert Apparate gebaut werden, die fortlaufend liefen und die Zeit mit Hilfe von Pendel und Unrast gleichbleibend anzeigten. Zuerst in großen Uhren, bei denen sich darauf geeinigt wurde, den Tag weiterhin in 24 Stunden, aber zu gleichen Anteilen aufzuteilen. Das war die Geburt der heute noch verwendeten Stunde. Als geeignet für solch eine Uhr war ein zentrales Gebäude, was in Mitteleuropa in nahezu jedem Ort vorhanden war: der Kirchturm. Dort war Platz und dieser war weithin sichtbar.  Außerdem gaben schon früher Mönche durch ihre Glockenschläge die Zeit für den Ort an.

Mit der Entwicklung der Feinmechanik konnten die Uhren verkleinert werden. Mit einer gespannten Feder wurde die Unruh betrieben, die den Sekundentakt vorgab. Die Miniaturisierung ging so weit, bis Taschenuhren oder Armbanduhren entwickelt wurden.

Länge und Geschwindigkeit

Erst mit der Entwicklung einer präzisen Uhr war es möglich, die Längengrade der Erde anzugeben. Während die Breitengrade mit Hilfe eines Stabes oder später eines Sextanten über den Sonnen- oder Sternenstand bestimmt werden konnte, war es schlicht nicht möglich, den Ort auf der Ost-West-Achse anzugeben. Schiffe fuhren an Küsten entlang bis der gewünschte Breitengrad anhand von Landmarken erreicht war und überquerten erst dann die Ozeane ohne Sichtkontakt zum Land auf genau dieser Breite. Quer und damit den kürzesten Weg fahren, war noch nicht möglich. Den Seefahrenden Nationen war dieses Problem so wichtig, dass mehrmals Preisgelder zur Lösung des Längengradproblems ausgeschrieben wurden.

Erst mit der Entwicklung einer sehr genau gehenden Uhr, die dazu noch den rauen Bedingungen auf See gewachsen war, konnte das Problem gelöst werden. Einer der ersten Anwender war James Cook, der dieses für seine Weltumrundungen einsetzte. Dazu wurde eine Uhr auf die Ortszeit des Heimathafens festgelegt. Mit der Differenz zur Ortszeit auf See, die sich über den Zenit der Sonne bestimmen lässt, kann die Breite berechnet werden. Dazu ist es wieder mal von Vorteil, dass sowohl Uhren als auch Kreis- bzw. Kugelangaben ein Zahlensystem basierend auf dem Sexagesimalsystem verwenden.

Neben den Längenangaben konnte auch eine exakte Geschwindigkeit ermittelt werden. Mit dem Log, ein Seil mit Knoten, das hinter dem Schiff im Fahrwasser frei ausgerollt wird, ergab sich die heute noch gültige Geschwindigkeitsangabe “Knoten pro Stunde”.

Industrialisierung

Die Industrialisierung brachte für den Menschen mehrere große Änderungen zur Nutzung der Zeit. War es zur landwirtschaftlichen Ära üblich, dass der Mensch mit Sonnenaufgang aufstand und mit Sonnenuntergang zu Bett ging, so konnten die großen Maschinen nicht einfach zur Nacht abgeschaltet werden. Die Schichtarbeit wurde eingeführt und die Fabrikuhr gab den Takt für das Leben der Bevölkerung vor. Mit der Entwicklung von Elektrizität und damit der Glühlampe, konnte die Nacht zum Tag gemacht werden. Es gab keine Ruhezeiten mehr.

Ein anderes, zu lösendes Problem, sind die Ortszeiten. Auch mit der Einführung der gleichlaufenden mechanischen Uhr, war Mittag dann, wenn die Sonne im Zenit stand. Von einem Ort zum nächsten macht das keinen großen Unterschied. Jedoch bei größeren Abständen. So richtig bewusst wurde mir das, als ich in den späten 90er Jahren Bilder von Webcams sah. Während ich im Ruhrpott saß und dort noch die Sonne schien, war diese in Berlin bereits untergegangen. Orte auf demselben Breitengrad mit einem Abstand von 15 Längengraden haben beim Sonnenlicht einen Unterschied von einer Stunde. Zwischen Ruhrpott und Berlin kommt noch ein wenig die Nord-Süd-Verschiebung hinzu, was letzten Endes eine gute halbe Stunde Differenz bei Sonnenauf- und -untergang ausmacht.

Durch schnell fahrende Verkehrsmittel, wie die Eisenbahn, wurde es notwendig, einen einheitlichen Fahrplan zu entwickeln, der nicht von der Ortszeit der angefahrenen Bahnhöfe abhängig ist. 1884 wurden auf der Washingtoner Internationalen Meridiankonferenz, die Greenwich als den Längengrad 0 bestimmte, auch gleichzeitig die Zeitzonen verabschiedet. In den vielen einzelnen Ländern Deutschlands wurde die Mitteleuropäische Zeit zwischen 1892 und 1893 zum Gesetz und damit allgemeingültig.

Atomzeit

Mit dem Atomzeitalter in der Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die Atomuhr entwickelt. Prinzipiell ist dieses “nur” eine Phasenregelschleife (“phase-locked loop”, kurz PLL), wie sie auch in der Funktechnik mit Hilfe von Schwingquarzen eingesetzt wird. Bei der Atomuhr werden die Schwingungen durch die Strahlenübergänge von Elektronen freier Atome als Grundlage genommen. Diese sind dauerhaft gleichbleibend. Das hatte zur Folge, dass nicht mehr die Erdumdrehung als Grundlage der Zeit (eine Sekunde war der 1/86400 Teil eines mittleren Sonnentages) verwendet wurde, sondern die Sekunde nun physikalisch korrekt seit 1967 folgendermaßen definiert ist:

Eine Sekunde ist das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung. (Quelle)

Weltweit existieren 260 dieser Primäruhren, deren Zeit nach Paris übermittelt wird, aus der die Internationale Atomzeit bestimmt wird. Seit Einsteins Relativitätstheorie ist bekannt, dass Zeit nicht absolut ist und zusammen mit dem Raum und Masse eine Einheit bildet. Je weiter weg vom Massepunkt der Erde eine Atomuhr betrieben wird, umso schneller läuft sie im Vergleich zu den auf der Erde hinterlassenen Uhren. Am bekanntesten ist das 1971 durchgeführte Hafele-Keating-Experiment mit Atomuhren an Bord von die Erde umkreisenden Flugzeugen.

Die Effekte der relativistischen Zeitdilatation sind bekannt und können berechnet werden. Die Atomuhren der GPS-Satelliten laufen beispielsweise etwas schneller als auf der Erde. Das Problem wird einfach dadurch behoben, dass die Schwingungsfrequenz der Atomuhren leicht verstimmt wird, weshalb sie langsamer laufen.

Eine andere Sache sind Schaltsekunden, die durch die Gezeitenwirkung des Mondes entstehen. Diese bewirkt, dass sich die Erde langsamer dreht. Das ist nicht linear und vorhersehbar, aber messbar, weshalb alle paar Jahre (oder sogar auch halbe Jahre) eine Schaltsekunde eingefügt wird. Dieses wird ebenso weltweit koordiniert.

Zeitzeichensender

Das Signal einer Atomuhr, die mit der “offiziellen” Atomuhr bei der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Braunschweig synchronisiert ist, wird in Deutschland seit 1959 über die Langwellenfrequenz 77,5kHz mit einem 50kW Träger vom Sender Mainflingen bei Aschaffenburg ausgesendet. Dieses als DCF77 bekannte Signal lässt sich in ganz Zentraleuropa empfangen.

In einem sogenannten Wasserfalldiagramm, was auf der x-Achse die Frequenz und auf der y-Achse die Zeit aufgetragen hat, sieht das Signal folgendermaßen aus:

WebSDR DCF77

 

Das Bild ist ein Screenshot vom WebSDR der Universität Twente in den Niederlanden (Frequenz auf 77,5kHz eingestellt, Bandbreite AM-nrw). Einfach mal selbst auf die Seite gehen und sich dazu den Ton anhören. Auf dem Bild ist das helle Signal in der Mitte der Träger. Wenn dieser abgesenkt wird, erscheint das Signal blau. Wie auch im Bild zu sehen ist, kommt ein regelmäßiges, sekündliches Knacken. Hier werden die Informationen über die Zeit übertragen.

Ein Mal in der Minute, zwischen der Sekunde 58 und 00, gibt es keine Absenkung des Signals. Das dient der Synchronisierung für die kommenden Informationen und wird als Bit 0 bezeichnet. Bei jeder Absenkung können Informationen übertragen werden, also pro Minute 60 Bits. Nun ist es entscheidend, ob das Signal für 100ms, was einer logischen 0, oder für 200ms, was einer logischen 1 entspricht, abgesenkt wird. Die ersten 14 Bits einer Minute enthalten Informationen des Katastrophenschutzes oder Wetterinformationen (214 sind 16384 unterschiedliche Informationen). Danach folgen 5 Bit, die Informationen über die Sommer- und Winterzeit oder Schaltsekunde beinhalten. In den letzten 40 Sekunden erfolgt die Übertragung der Stunde, Minute und des Datums im BCD-Code mit Prüfbit.

Eine Funkuhr braucht also etwa zwei Minuten, um sich auf den Sender einzustellen und alle Daten zu empfangen.

Der falsch laufende Funkwecker

Nach einem Uhrenvergleich zweier weiterer von meinem Bett erreichbaren Uhren – meiner Armbanduhr und dem Kindle – war ich mir sicher, dass der Funkwecker um eine Stunde hinterher hing. Die Ursache lässt sich im Nachhinein nicht richtig feststellen. Dennoch versuche ich mal eine Interpretation:

Da ich den Wecker schon seit vermutlich mehr als 20 Jahren besitze, hatte ich oft genug die Zeit zur Beobachtung der Synchronisation gehabt. Denn eine Funkuhr tickt nicht dauerhaft nach dem Signal, was vom DCF77 ausgesendet wird, sondern läuft auf einer internen Quarzuhr weiter. Stattdessen wird immer wieder mal synchronisiert. Dann blinkt im Display der symbolisierte Sender auf, was immer zwei Minuten vor der vollen Stunde geschieht.

Das oben genannte Protokoll von DCF77 zeigt, dass die Uhrzeit und das Datum mit einem Prüfbit übertragen werden, aber nicht die Information über die Sommer- und Winterzeitumstellung. Von daher vermute ich, dass das Bit mit der Information “am Ende der Stunde wird auf Winterzeit umgestellt” fehlerhaft als eine logische 1 interpretiert wurde – und das in zwei aufeinander folgenden Minuten. Dementsprechend stellte der Wecker seine fortlaufende Uhr zur kommenden Stunde um eine Stunde zurück.

Ein manueller Reset durch kurzzeitiges Entfernen der Batterien brachte binnen zwei Minuten die korrekte Zeit.