Den internationella datumlinjen, förklarad

den internationella datumlinjen (IDL) är en imaginär — och godtycklig — linje på jordens yta som går från Nordpolen till Sydpolen. När du korsar IDL ändras dag och datum. Om du korsar den reser västerut, dagen går framåt med en, och datumet ökar med en. Om du korsar den och reser österut inträffar motsatsen.

IDL är inte en fråga om internationell rätt, men det är en av de få standarder som omfattas globalt. IDL är avgörande för global sammankoppling, momentan kommunikation, tidsmätning och konsekventa internationella databaser. Det handlar mest om bekvämlighet, handel och politik. IDL hände av ungefär samma skäl som uppkomsten av Internet — det fungerar, och det gör livet lite enklare. Innan vi diskuterar hur och varför den internationella datumlinjen blev, vi bör först granska frågan om att hålla tiden.

’ vet någon verkligen vad klockan är?’

tillbaka i dagarna före mekaniska klockor mättes tiden mestadels med solur. Människor förlitade sig på definitionen att” middag ” var när solen var högst på himlen och rakt söderut. En ” dag ”var helt enkelt den tid mellan två på varandra följande” noons.”De flesta städer på planeten satte sina klockor till den cykeln, och allt var bra — åtminstone inom någon specifik stad.

problemet var att varje stad upplevde middagstid på egen hand (uppenbar) 12:00 p.M. beroende på longitud kan intilliggande städer ha en tid på, säg, 11:45 AM eller 12:15 PM visas på deras solur. Nära ekvatorn, som reser västerut med cirka 1000 miles (1600 kilometer) försenar ankomsten av middagstid med en timme.

i den 19: e århundradet, framväxten av transkontinentala järnvägar ytterligare komplicerade frågor. Det århundradet såg också exakta mekaniska klockor bli allmänt tillgängliga. Resenärer befann sig återställa sina klockor med flera minuter vid varje station i öster eller väster. Detta var obekvämt i bästa fall.

även under det århundradet skapade telegrafins framväxt tidsbegränsande frågor för kommersiella och militära enheter — de tidiga adopterarna. Telegrafen, uppfunnad 1832 av Pavel Schilling, var det första sanna” instant messaging ” (IM) – systemet. Det tillät kommunikation över stora avstånd med el, som rör sig (nästan) med ljusets hastighet.

telefonen, patenterad 1876 av Alexander Graham Bell, var det andra sådana IM-systemet. Och naturligtvis, för att använda något av systemen effektivt, är det bra att känna till klocktiderna på både avsändarens och mottagarens platser.

Latitud och longitud

innan vi förklarar hur tidszoner löste dessa klockproblem, låt oss göra en snabb granskning av latitud och longitud. Omkring 150 f. Kr.föreslog Hipparchus av Nicea, en grekisk matematiker och astronom, ett globalt rutnät av longitud-och latitudlinjer för att mäta position. Det var ett koordinatsystem för att lokalisera punkter på ytan av en sfär. Den vertikala axeln mätt ” latitud, ”och den horisontella axeln” longitud.”Även om det var förutseende, försvann hans ide i över ett årtusende.

under Upptäcktsåldern, som började på 15-talet, såg kartografer behovet av standardiserad latitud-och longitudmätning. Om din avsikt är att kartlägga eller göra anspråk på en geografisk plats måste du beskriva dess position entydigt. Storbritannien ”styrde vågorna” vid den tiden och tog den tidiga ledningen i denna strävan.Portugal och Spanien, de andra stora sjöfartsnationerna, använde sina egna system, men så småningom uppskjutna till England. Latitud var mindre ett problem än longitud, eftersom det inte fanns någon tvist om var polerna (latitud 90 grader norr och 90 grader söder) och ekvatorn (latitud 0 grader) var belägna. Valet av en utgångspunkt för longitudmätning (0-graders meridian) var emellertid godtyckligt. Det baserades mer på nationell stolthet och bekvämlighet.1851 utsåg England den främsta meridianen (0 grader longitud) som meridianen som löper genom Greenwich Observatory. De var den dominerande sjöfartsnationen under den tiden, hade kolonier runt om i världen, använde toppmoderna mekaniska klockor och var vetenskapligt kvalificerade för att upprätta en standard. Du har hört talesättet ” solen går aldrig ner på det brittiska imperiet.”Det var en gång sant. England hade kolonier över hela världen, så det var alltid ”dagtid” någonstans i det brittiska imperiet. Storbritannien hade inflytande.

tidszoner

vid den senare delen av 19-talet, forskare, järnvägar och andra framväxande industrier kände behovet av en global standard för tid. Det första sådana systemet, med 24 standardtidszoner, föreslogs av Sir Sandford Fleming 1876. Sandford var en skotsk ingenjör som hjälpte till att utforma det kanadensiska järnvägsnätet. Hans system var inte officiellt sanktionerat av någon global enhet, men 1900 skapade det antagandet av tidszonsystemet som används idag. Nation för nation köpte världen In Flemings ide.

inom varje tidszon skulle alla klockor ställas in på en genomsnittlig tid som bäst representerade där solen var belägen på himlen. Den tiden kallas Genomsnittlig soltid. Solur, som jämförelse, mäter uppenbar soltid, ibland kallad sann soltid.

tidszonsprocessen började 1883 för USA, då nationen delades in i fyra standardtidszoner. Varje zon var centrerad på en meridian av longitud:

• Eastern Standard Time (EST) vid 75 grader W (väster om Prime Meridian)
• Central Standard Time (CST) vid 90 grader w
• Mountain Standard Time (mst) vid 105 grader w
• Pacific Standard Time (PST) vid 120 grader w

Storbritannien hade redan startat en liknande process, och resten av världen följde snart efter. År 1900 var det globala systemet med tidszoner vi använder idag ganska väl etablerat. Ökande global anslutning krävde något universellt system för tidsmätning, och standard tidszoner var svaret.

de flesta tidszoner följer inte exakt meridianer av longitud. De sickar och zag efter behov för att hålla öar, mindre länder och stora storstadsområden på samma klocktid — en uppenbar koncession till bekvämlighet.

Standard tidszoner är 15 grader breda, eftersom 360 grader dividerat med 24 timmar är lika med 15 grader per timme. De är numrerade efter timme med början från Prime Meridian (longitud 0grader), som går genom Greenwich, England. Greenwich klockan visar vad som kallas Greenwich Mean Time (GMT). Numreringssystemet gör det enkelt att hitta tiden i andra zoner.till exempel är Kalifornien, åtta tidszoner väster om Greenwich, i en zon som heter Pacific Standard Time (PST). Den zonen är också märkt” GMT-8 ” eller GMT+16.”Så om tiden i Greenwich är 12:00 är tiden i Kalifornien 4:00 (12:00 – 8 timmar).

GMT vs. UTC

sedan 1972 har GMT till stor del ersatts av UTC (Universal Coordinated Time). När atomklockor uppfanns på 1950-talet blev det möjligt att mäta tiden med en noggrannhet bättre än den som tillhandahålls av den roterande jorden.

GMT var ett” genomsnittligt tidssystem ” baserat på teleskopiska observationer från Greenwich Observatory. UTC, medan synkroniserad med GMT, tar hänsyn till små variationer i jordens rotationshastighet. En gång i taget läggs en ”leap second” till (eller subtraheras från) världens klocka — Det är en korrigering mellan GMT och UTC. Jordens rotationsperiod kan variera från exakt 24 timmar med en bråkdel av en sekund, beroende på geologiska störningar.

till exempel, när glaciärer smälter, finns det en överföring av massa från högre breddgrader mot ekvatorn. Som med en konståkare som saktar sin snurrhastighet genom att förlänga en arm eller ett ben, kräver lagen om bevarande av vinkelmoment en minskning av snurrhastigheten för att kompensera för denna omfördelning av massa. Forskare uppskattar en jordbävning på 9,0 i Japan 2011 skiftade tillräckligt med massa bort från ekvatorn för att förkorta dagen med 1,8 mikrosekunder (0,0000018 s).

astronomer måste också överväga skillnaden mellan uppenbar och genomsnittlig tid. Den skillnaden beror på hur långt öst eller väst man ligger inom en tidszon, och även på ekvationen för tid, vilket beror på datumet. Och då finns det den förvirrande korrigeringen som kallas sommartid (DST). Men igen, för att förstå IDL, kan vi ignorera dessa komplikationer.

vad är IDL?

vi vet alla dag och datum ändras vid midnatt, oavsett var du befinner dig på planeten. Men för att använda en global tidszon system med en IDL, dag och datum måste separeras på två platser — du kan inte dela en cirkel i två delar med en enda ”cut.”Lösningen tillhandahölls 1884 av International Meridian Conference (IMC), som hölls i Washington, D. C., och deltog av företrädare för 26 nationer.

IMC valde 180-gradersmeridianen som den andra ”klippningen”, inte för att den var direkt mittemot Prime Meridian (vilken meridian som helst kunde ha varit den andra ”klippningen”). 180-graders meridianen valdes eftersom den mestadels går genom öppet hav i centrala Stilla havet, zigging och zagging för att hålla närliggande nationer på egen dag och datum. Så valet av 180 grader var godtyckligt, men det fastställde IDL som används idag.

även om IDL börjar mitt i sin UTC — tidszon för 12 i UTC vid båda polerna — exakt vid longitud 180 grader-under större delen av sin längd, skiftar den österut och sammanfaller med den östra kanten av sin tidszon, som också ziggar och zags. Summan av kardemumman är, detta boende håller önationerna i Oceanien var och en på sin egen klocka och kalender. Men det finns undantag.

öarna som hoppade över en dag

strax före midnatt den Dec. 29, 2011, samoaner samlades runt klocktornet i huvudstaden Apia för att fira det historiska ögonblicket att hoppa till andra sidan den internationella datumlinjen.

När klockan slog 12: 00, hoppade folket i Samoa tillsammans med sina grannar på ön Tokelau fram till lördag, Dec. 31, 2011-hoppa fredag helt. Öarna ansågs nu vara på västra sidan av IDL på östra halvklotet. Specifikt ändrade de sin tidszon från UTC-11 till UTC+13.

beslutet var ekonomiskt. Även om Samoa hade bedrivit mycket av sin verksamhet med USA under det föregående århundradet, har denna handel skiftat avsevärt till Asien-Stillahavsområdet, särskilt Nya Zeeland och Australien.så även om Samoa var närmare geografiskt till Stillahavsländerna, var det en mycket besvärande 23-timmars skillnad mellan Samoa och Nya Zeeland och en 21-timmars skillnad mellan Samoa och Australiens östkust, enligt EarthSky Communications. Så i ett försök att bättre synkronisera sina arbetsveckor med sina viktigaste handelspartner beslutade de två öländerna att hoppa över IDL.

i en artikel publicerad den Dec. 28, 2011, i The Guardian, Samoas premiärminister, Tuilaepa Sailele Malielegaoi uttryckte besväret med den tidigare IDL-situationen:

”När vi gör affärer med Nya Zeeland och Australien förlorar vi två arbetsdagar i veckan. Även om det är fredag här, det är lördag i Nya Zeeland och när vi är i kyrkan på söndag, de redan bedriver verksamhet i Sydney och Brisbane.”

denna IDL-övergång var något av en hemkomst för samoaner. För mer än ett sekel sedan var landet på västra sidan av IDL men beslutade 1892 att flytta över till östra sidan för att vara närmare USA: s tid. Så i 119 år bevittnade samoaner dagens sista solnedgång och var de sista som ringde i det nya året — nu är de en av de första.

tyvärr kommer det alltid att finnas några besvär som bor så nära IDL: Nu finns det en 24-timmars skillnad mellan Samoa — som ligger på den västra delen av Samoa Island — kedjan-och Amerikanska Samoa på östra sidan.Tonga föredrog också att vara på UTC + 13 (eller UTC-11) av handels-och bekvämlighetsskäl. Chathamöarna, nästan 500 miles (800 km) öster om Nya Zeeland, sätter klockor på UTC+12.75, vilket skapar en ”föräldralös” tidszon inuti UTC 12. Fraktionerade tidszoner används på 16 platser runt om i världen. Länder väljer helt enkelt vad som fungerar bäst för dem.

titta på IDL-arbetet

i videon ovan studerar du den första pausade ramen innan du trycker på ”spela.”Den visar IDL (vit linje) vid midnattpunkten. För etikettens skull, låt oss säga att den gröna kilen representerar den första timmen på lördag. Den blå delen av jorden är fortfarande på fredag. Den röda delen (som kommer att visas senare) kommer att vara söndag.

den gröna kilen är den första tidszonen väster om IDL. Väst är medurs sett i denna vy från ovanför Nordpolen. Observera att denna gröna tidszon:

• är 15 grader bred, spänner över 1/24 av jordens omkrets och en timmes tid;
• är centrerad på 180-gradersmeridianen;
• sträcker sig från longitud 172,5 grader till longitud 187,5 grader;
• sammanfaller med IDL längs större delen av sin östra gräns;

i det ögonblick som IDL passerar midnatt registrerar hela tidszonen början på en ny dag. Alla platser i en viss tidszon måste vara på samma klocktid. Det finns några undantag: nationer (och regioner inom nationer) som har valt bort DST, och de som har valt att använda fraktionerade tidszoner. Men vi kan ignorera det för tillfället.

modellen i denna animering idealiseras på många sätt. Viktigast är att alla tidszoner är exakt 15 grader breda och centrerade på 24 jämnt fördelade meridianer av longitud. IDL följer också exakt den östra kanten av hela UTC-tidszonen 12. Det här är inte riktigt hur saker är i den verkliga världen, men det förenklar min modell väldigt mycket.

nu är du välkommen att slå ” spela.”Se hur blå fredag krymper när grön lördag växer. Se vad som händer när IDL återvänder till midnatt och nästa dag och datum börjar. Du kommer att se red Sunday” unreeling ” och ersätta green Saturday när jorden roterar. Använd skjutreglaget för att gå fram och tillbaka och se hur det händer.

det finns två saker att lägga märke till om IDL. Först, när som helst, det finns två sekventiella dagar och datum som gäller på jorden. Dessa dagar och datum separeras av IDL, som går från Nordpolen till Sydpolen (ungefär) längs 172,5 graders meridian av longitud.

För det andra delas dessa två dagar och datum också av midnattslinjen, meridianen precis mittemot solen. Så det finns verkligen två ”datumlinjer” på jorden — en roterar med planeten (IDL), och den andra förblir fast vid midnattsmeridianen. På motsatta sidor av båda ”datumlinjerna,” dagen och datumet är alltid olika.

Greenwich, vi har ett problem …

men vänta. Det verkar finnas ett undantag från denna regel. Hela världen verkar vara på samma dag och datum i en timme varje dag. Det börjar när den östra kanten av UTC-11 tidszon träffar midnatt. Det slutar när den östra kanten av nästa tidszon, IDL (UTC GHz 12), träffar midnatt. Vid den tiden börjar en ny dag att unreel.

titta på animationen igen om du inte fångade det. Det varar bara en timme, eller ungefär en sekund i videon. Du ser det två gånger, varje gång IDL närmar sig midnatt.

men som förklarats tidigare är detta en idealiserad modell. Många tidszoner nära IDL har ”gerrymandered” till den punkt där det är aldrig samma dag runt om i världen. I sanning är det för ett oändligt ”ögonblick” — när IDL träffar midnatt.

det finns några undantag från det scenariot. Till exempel är Midway Islands I UTC-11, Och Marshallöarna är i UTC 12. Kolla in den här detaljerade kartan över tidszonerna i det området. Om du använder Mötesplaneringsfunktionen på Världstidsservern för de två öarna ser du att de faktiskt delar samma dag och datum för den sista timmen på dagen, som min animering visar. Du kan se det resultatet här.

det finns andra kombinationer som ger samma resultat. Grunden är att tidszoner är så jumbled i denna region att många ”regler” bryts. Exempelvis: Att korsa IDL ändrar dag och datum, men inte tiden. Undantag finns för båda delarna av den ” regeln.”Det är därför vi behöver tidszonskartor och världstidsservrar. Lyckligtvis vet GPS-appar alla regler och undantag, så håll din smarta telefon på rätt tid, dag och datum vart du än reser.

om du stod på IDL med en fot på varje sida, vilken dag skulle det vara?

Trick fråga. Eftersom du har ”korsat” IDL, skulle varje fot vara på en annan dag. Om du hade en klocka på båda händerna, bör de tekniskt sett ställas in på olika dagar och datum. Frågan om vilken tid dessa klockor ska ställas in är inte lika lätt att svara på.

beroende på var på IDL du står, kan tiderna vara var som helst från lika med en timme annorlunda. Här kan sommartid förstöra saker, som vissa platser observerar det och andra inte. och då finns det den fraktionerade tidszonskomplikationen.

men att ”stå över IDL” är inte lätt. Om du inte är på en båt förankrad vid IDL, finns det verkligen ingen plats du kan ”stå” på det sätt som beskrivs utom nära polerna. Eftersom meridianerna av longitud konvergerar vid polerna är det möjligt att gå över flera tidszoner på en godtyckligt kort vandring. En kilometer från endera Polen är tidszoner bara 262 meter breda. Om du var exakt på endera Polen kunde du stå med en fot i alla 24 tidszoner.

saker blir mycket enklare genom att bara använda några tidszoner nära polerna. Vissa vetenskapliga baser i Antarktis använder Nya Zeelands tid (UTC 12), eftersom det är en populär ombordstigningsplats för resor till Antarktis. Andra sätter sina klockor till UTC. Astronauterna på den internationella rymdstationen gör samma sak. ISS rör sig med en häpnadsväckande hastighet på 4,7 miles per sekund (7,7 km/s). Det är 5,7 gånger snabbare än en kula. ISS gör en resa runt jorden var 90: e minut. Så i 24 timmar, de åkande erfarenhet 32 dag och datum växlingar, och njuta av 16 soluppgångar och 16 solnedgångar. För att hålla det enkelt är deras klockor inställda på UTC + 0.

tid är bara ett verktyg

att förstå IDL är en övning i aritmetik, och kanske lite geometri. Det är inte Magi, det är inte fysik och det är knappt astronomi. Det handlar om att ställa in godtyckliga tidsstandarder på en roterande planet. Tiden är i den meningen bara ett annat verktyg i ett modernt tekniskt samhälle.

en sista Historisk anteckning: under Magellans 1519-1522 omkörning av världen loggade hans navigatör flitigt passagen för varje dag av deras resa. När de återvände till hemhamnen var dagen och datumet avstängd av en. Det tog inte lång tid att räkna ut hur det felet hände.

När du reser västerut (motsatt riktningen jorden roterar) kommer varje dag att vara något längre än 24 timmar — det vill säga om du mäter din ”dag” som tiden mellan två på varandra följande ”noons.”Under de tre åren av deras resa ökade dessa små skillnader till en hel dag. Detta var nästan tre århundraden innan IDL grundades, men det visade behovet av dag-och datumjusteringar under globala resor.

tack vare vetenskapen är det allt räknat ut nu. I det 21: a århundradet tar människor IDL för givet. Trans-Pacific resor är rutin, och vi vet alla vad som händer när du korsar IDL. Nu vet du varför det händer.

Dan Heim undervisade i fysik och matematik i 30 år — mer om man räknar sin klassskolans vetenskapsklubb. Sedan 1999 har han varit frilansskribent och skapat pedagogisk datorgrafik och animationer. Dan är President för Desert Foothills Astronomy Club i New River, Ariz. Hans veckoblogg Sky Lights täcker ämnen som astronomi, meteorologi och Geovetenskap, och frågor från läsare uppmuntras.

ytterligare rapportering av Traci Pedersen, Live Science-bidragsgivare.