Lengdarbaugur Greenwich

    Eins og kunnugt er hefur lengdarbaugur Greenwich lengi verið viðmið í hnattstöðu- og tímareikningi. Við gömlu stjörnustöðina í Greenwich er þessi lengdarbaugur merktur á jörð og vekur óskipta athygli ferðamanna (sjá mynd). Það fór hins vegar fram hjá flestum þegar þessi baugur var skilgreindur upp á nýtt árið 1984. Ferðamenn verða þess helst varir ef þeir prófa GPS leiðsögutæki sín á hinum merkta baug og uppgötva að tækin sýna ekki núll gráðu lengdar.  Núgildandi baugur liggur nefnilega 102 metrum austar en sá gamli. Eldri baugurinn var kenndur við stjörnufræðinginn Airy sem ákvarðaði hann árið 1891. Sá baugur er lóðbaugur, þ.e. lóðlínan í Greenwich liggur í baugfletinum. En það gildir um Greenwich eins og flesta staði á jörðu, að lóðlínan þar liggur ekki nákvæmlega gegnum miðju jarðar. Í nútíma landmælingakerfum er núllbaugurinn skilgreindur þannig að miðja jarðar sé í baugfletinum.  Ennfremur er tekið tillit til þess að staðir á jörðu færast stöðugt til vegna landreks. Núllbaugurinn miðast því við meðalhreyfingu allra fleka jarðskorpunnar. Greenwich fylgir ekki þessari meðalhreyfingu. Af þeim sökum er baugurinn ekki kyrrstæður miðað við yfirborð jarðar í Greenwich, heldur færist til vesturs um 2 cm á ári. Ætla mætti að flutningur núllbaugsins um 102 metra hefði valdið stökki í tímareikningi (um 0,35 sekúndur), en svo var ekki. Til að skýra það skal nú gerð nánari grein fyrir sögu  þessa máls.

    Árið 1884 var haldin í Washington alþjóðleg ráðstefna um lengdarbauga (International Meridian Conference). Þar var samþykkt að lengdarstig hvarvetna á jörðinni skyldu miðast við lengdarbaug Greenwich.  Þessi ákvörðun var ekki tekin átakalaust. Ýmis lönd höfðu notað önnur viðmið. Einkum voru Frakkar tregir til að hætta við París sem viðmiðunarstað. Þeir reyndu að setja það skilyrði að allar þjóðir yrðu jafnframt að taka upp metrakerfið, en af því varð ekki. Ákveðið var að skipta jörðinni í tímabelti sem næðu yfir 15 lengdarstig hvert. Klukkur í hverju belti skyldu sýna sama tíma, en munur milli belta yrði ein klukkustund. Þegar Frakkar settu ný lög um tímareikning í samræmi við niðurstöðu ráðstefnunnar í Washington tilgreindu þeir aðeins hvert frávikið skyldi vera frá Parísartíma, en nafnið Greenwich kom hvergi fyrir í frönskum lögum, hvorki þá né síðar.

    Í samþykktinni frá 1884 sagði að miða skyldi við lengdarbaug sem lægi um hábaugssjónaukann í Greenwich. Í framkvæmd var þetta túlkað þannig að átt væri við hábaugssjónauka sem George Biddell Airy hafði sett upp og verið hafði í notkun frá árinu 1851. En í Greenwich voru tveir eldri hábaugssjónaukar sem þeir James Bradley og John Pond höfðu sett upp, um það bil 6 metrum vestan við sjónauka Airys. Öll bresk sjókort og landakort höfðu miðast við þessa eldri sjónauka, og það var sú mikla kortaútgáfa sem leiddi til þess að Greenwich varð fyrir valinu sem viðmiðunarstaður. Það var ekki fyrr en árið 1949 að mönnum varð ljóst að kortin höfðu miðaðst við annan lengdarbaug en þann sem gerður var að viðmiði árið 1884.

    Lengdarbaugur Greenwich var upphaflega ákvarðaður með stjörnufræðilegum athugunum. Fundin var stefnan til hánorðurs og sú stefna, ásamt lóðlínu á staðnum, notuð til að skilgreina svonefndan hábaugsflöt. Skurðlína þess flatar við yfirborð jarðar varð þá lengdarbaugur Greenwich. Lengdarbaugar annarra staða voru markaðir á hliðstæðan hátt. Til að finna lengdarstigið á hverjum stað, þ.e. frávikið frá Greenwich, var mælt hvenær tilteknar stjörnur voru í hásuðri og þannig fylgst með svonefndum stjörnutíma á staðnum. Munurinn á stjörnutíma staðarins og stjörnutíma í Greenwich sagði til um það á hvaða lengdarbaug athugunarstaðurinn væri. Klukkutímamunur í tíma svarar til 15° munar í lengd. Í fyrstu urðu menn að flytja nákvæmustu klukkur sem völ var á milli landa til að sannreyna hvað tímanum liði í Greenwich. Með útvarpstækninni á 20. öld varð það verkefni auðleyst.

    Þegar lengdin hafði verið ákvörðuð gat hver stöð fyrir sig farið að reikna miðtíma (meðalsóltíma) Greenwich eftir stjörnutímanum með því að nota ákveðna formúlu. Nokkrar stöðvanna fóru þá að útvarpa tímamerkjum. Frakkar urðu fyrstir til þess (1910) en aðrir fylgdu í kjölfarið. Brátt kom í ljós að merkjunum bar ekki fyllilega saman, svo að munað gat nokkrum sekúndum. Til að samræma tímamerkin var kölluð saman ráðstefna í París árið 1912, og í framhaldi af því var sett á stofn þar Alþjóðleg tímastofnun (Bureau International de l'Heure). Frá og með árinu 1929 hættu menn að láta stjörnustöðina í Greenwich ráða ferðinni og fóru þess í stað að miða við meðaltal margra stöðva. Árið 1935 var farið að nota hugtakið "heimstími" (Universal Time, UT) í stað miðtíma Greenwich (GMT). Eftir 1968 hætti stöðin í Greenwich þátttöku í þessu tímaákvörðunarverkefni. Þegar þar var komið sögu höfðu verið gerðar leiðréttingar á lengdarstöðu margra stjörnustöðva í samræmingarskyni. Hinn gamli lengdarbaugur Greenwich var þá ekki lengur núllbaugur; mönnum reiknast svo til að hann hafi verið búinn að fá lengdina 0,3" vestur, sem svarar til færslu um 6 metra. Þótt áfram væri talað um lengdarbaug Greenwich var nú átt við jafnaðarbaug þar sem tekið var tillit til mælinga á einum 77 stöðum víðs vegar um jörð.

    Á áttunda áratugnum var farið að nota gervitungl til hnattstöðumælinga. Síðan bættust við fleiri aðferðir: mælingar á rafaldsbylgjum frá fjarlægum uppsprettum í geimnum (dulstirnum) og mælingar á fjarlægð tungls með leysigeislum. Þessar aðferðir voru miklu nákvæmari en hefðbundnar mælingar með stjörnusjónaukum, og árið 1984 lögðust þær síðarnefndu alfarið af. Um leið var tekið upp nýtt viðmiðunarkerfi hnattstöðu, Alþjóðlega hnattstöðukerfið (International Terrestrial Reference Frame, ITRF), sem til er í mismunandi útgáfum, svo og landmælingakerfið WGS84, sem GPS gervitunglin nota.  Núllbaugur þessara kerfa liggur í fleti gegnum miðju jarðar, ólíkt hinum eldri núllbaug Greenwich, sem réðst af lóðlínu staðarins. Nýi baugurinn liggur 102 metrum austan við hinn gamla eins og fyrr segir. GPS mæling á gamla núllbaugnum við stjörnustöðina í Greenwich sýnir nú  5,3 sekúndur (0,088 mínútur) vestlægrar lengdar.

    Það að lóðlínan í Greenwich stefnir ekki að jarðarmiðju er engan veginn óvenjulegt. Jörðin er ekki regluleg í lögun, og óreglur í jarðmöttlinum hafa áhrif á stefnu þyngdarsviðsins. Við nákvæmar mælingar hefur komið í ljós að staðsetningar breytast smám saman vegna landreks. Eins og kunnugt er af umræðum um flekaskilin á Íslandi fer bilið milli Ameríkuflekans og Evrasíuflekans vaxandi. Í Greenwich mælist hreyfingin um 3 cm á ári til norðausturs og veldur því að gamli núllbaugurinn færist smátt og smátt nær nýja núllbaugnum sem fylgir meðalstöðu jarðflekanna.

    Tímareikningur á jörðinni ræðst af því hvernig jörðin snýr í geimnum miðað við stjörnuhimininn. Nú fara stjörnur örlítið fyrr yfir hinn nýja núllbaug lengdar en hinn gamla. Munurinn nemur 0,35 sekúndum eins og fyrr var sagt. Þótt þetta sé ekki mikill munur þótti ekki fært að hliðra  klukkum sem þessu næmi þegar skipt var um núllbaug árið 1984. Þar sem heimstíminn er reiknaður út frá stjörnutíma var brugðið á það ráð að breyta formúlunni sem notuð er svo að ekki yrði stökk í heimstímanum. Heimstíminn er því í reynd ennþá miðaður við fyrri núllbaug. (Sumir vilja orða það svo, að miðað sé við nýja núllbauginn, en gert ráð fyrir sama halla á baugfletinum og var í gömlu stjörnustöðinni í Greenwich þannig að fletirnir séu samsíða og stjörnur fari samtímis yfir þá báða.)

    Að lokum skal farið nokkrum orðum um færslu heimskautanna.Yfirborð jarðar er á hreyfingu miðað við snúningsás hennar. Hreyfingin er sambland af óreglulegri hringhreyfingu og langtímahreyfingu. Meðfylgjandi mynd sýnir annars vegar hringhreyfinguna frá 2001 til 2006 og hins vegar hvernig meðalstaða norðurpólsins hefur hliðrast frá 1900 til 2000. Kvarðarnir lárétt og lóðrétt eru merktir í hornamáli (bogasekúndum). Við heimskautið svarar 0,1 bogasekúnda til þriggja metra á yfirborði jarðar. Allar stöður á myndinni eru reiknaðar frá meðalstöðu pólsins á tímabilinu 1900-1905, sem er fast viðmið. Myndin er fengin af vefsíðu Alþjóðaþjónustu jarðsnúnings og viðmiðunarkerfa (International Earth Rotation and Reference Systems  Service).
 

 
Þ.S. 28.6. 2012. Síðast breytt 21. 9. 2016