Az időmérés két feladata: az egység meghatározása és a vizsgált időtartam alatt eltelt időegységek regisztrálása. Az első alapvető fontosságú időegységet a természetben megfigyelhető legrövidebb periodikus jelenség szolgáltatta: a Nap.
Ezt az időegységet a Nap látszólagos mozgása alapján lehetett meghatározni, és ennek az időegységnek a felosztásával adódott néhány, ma is használatban levő, kisebb időegység: az óra, a perc és a másodperc. A nap egység felosztására, finomítására azért volt szükség, mert a hónapok, az évek, ezek a jól megfigyelhető időtartamok, nem egész számú napból állnak, és a köztük való átszámításhoz az egység törtrészeire is szükségesek.
Az egy nap időegység felhasználásával készített, és az egységnél hosszabb időtartamok körében az időmérés eszköze a naptár, az egy napnál kisebb időegységeket előállító szerkezetek pedig az órák.
Analóg és digitális működésű órák készíthetők, Az analóg működésű órák egyszerű és pontatlan eszközök voltak, mint például a homokórák, a vízórák, vagy a napórák. A pontossági igény fokozódása vezetett a digitális működésű órák kifejlesztéséhez és pontosságuk állandó növeléséhez. Ez a folyamat napjainkig tart.
A greenwichi időskála (UT 0)
Az első univerzális időskálát a Nap mozgásának megfigyelése alapján a greenwichi obszervatóriumban képezték. Az UT 0 képzésekor figyelembe vették a Föld elliptikus pályája és a Föld tengelyének a pálya síkjával bezárt szöge miatt szükséges korrekciókat. A másodperc időegység, egészen 1956-ig a korrekció után előállított, úgynevezett középnap 86 400-ad része volt definíció szerint. Az UT 0-t kezdetben ingórákkal tartották fenn, majd ezek helyébe a kvarc-oszcillátor lépett.
Az UT 1 időskála
Az UT 0 első módosítására és az UT 1 időskála bevezetésére akkor került sor, amikor kimutatták, hogy a Föld tengely körüli forgása nem egyenletes. A Föld kóválygó (szakszóval „vobbuláló”) mozgást végez. Ennek oka az, hogy a Föld sarkai egy szabálytalan görbe mentén vándorolnak. A vándorló pólus, mozgása közben, nem lép ki egy mintegy 15 méter átmérőjű körből. Bármilyen kicsiny hatású is ez a migrációnak nevezett jelenség, létezése pontos órákkal és csillagászati eszközökkel kimutatható, és hatása nem elhanyagolható mértékű.
Az UT 2 időskála
Az időmérés pontosságának növelésére irányuló erőfeszítések oda vezettek, hogy a Föld forgásában két további szabálytalanságot fedeztek fel. Az egyik féléves, a másik egyéves periódusidejű. Ezeknek az ingadozásoknak a figyelembevétele az UT 2 időskála bevezetésével történt. Nincs a Föld tengelykörüli forgásán alapuló, más olyan skála, amely pontosabb lenne az UT 2 -nél. Az UT 2 időskála létrehozásával az időmérési pontosság ilyen módon történő, további növelésének a lehetősége lezárult. Új utakat kellett keresni.
Az efemeris időskála (ET)
Simon Newcombe angol csillagász a 19. század végén olyan táblázatokat állított össze az égi mechanika mozgásegyenletei alapján, amelyekkel képes volt előre megadni a Nap, a Hold és néhány bolygó jövőbeli égi pozícióját. Ezeket a táblázatokat efemeriseknek nevezte. Az efemerisek adatainak a 20. század második felében történt, későbbi elemzése arra az érdekes eredményre vezetett, hogy a táblázatokban szereplő égitestek helyzete jóval nagyobb mértékben eltér a táblázatokban megadott értékektől, mint amit a megfigyelési hibák indokolnának. Az adatok elemzéséből világossá vált, hogy az eltéréseket az UT időskálák tökéletlensége okozta. Az efemerisek segítségével a Föld Nap körüli keringésén alapuló, új időskálát képeztek, az ET-t. Az efemeris idő alapján meghatározott időegység az efemeris másodperc volt, amelyet a következőképpen definiáltak: A másodperc a tropikus év időtartamának 31 556 925, 9747-ed része. A tropikus év megegyezik azzal az időtartammal, amelyet a Nap az ekliptikán két tavaszpont-áthaladás közben befut, hossza körülbelül 365,242199 középnap. Az efemeris másodperc korábban SI-egység volt, de mára használata már a csillagászatra korlátozódik.
Atomi időskálák
Az ET skála és az efemeris másodperc bevezetésekor, 1956-ban egyes vezető metrológiai intézeteknél már működtek olyan órák, amelyek a nagyon pontos időskála felállítására a cézium 133 atom elektronhéjában lejátszódó rezonancia-jelenséget használták fel. Ezeknek az úgynevezett kvantumóráknak a stabilitása tízezerszeresen felülmúlta az ET skála időbeli állandóságát. Amikor ilyen cézium-órák már nagy számban működtek több nemzeti metrológiai intézetben, és amikor már bebizonyosodott a megbízhatóságuk, akkor a 13. Általános Súly- és Mértékügyi Értekezlet 1967-ban a másodperc következő, a Bevezetésben
már közölt definícióját fogadta el: a másodperc az alapállapotú cézium 133 atom két hiperfinom energiaszintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás 9 192 631 770 periódusának időtartama.
A nemzeti metrológiai intézeteknél működő cézium-órák és óracsoportok atomi időskáláinak adataiból a Nemzetközi Órahivatal (rövidítése a francia elnevezés alapján: BIH) 1971-től kezdődően képezte a Nemzetközi Atomi Időskálát (TAI-t) A TAI-t az UT 2 időskála 1958 január 1-jén 0 órakor felvett helyzetéhez rögzítették, de természetesen nem követi az UT 2 változásait. A TAI időskála nagyon stabil, és biztosítja az SI-másodperc igen pontos és megbízható előállítását. Nem befolyásolják a Föld tengelykörüli forgásának ingadozásai, amelyekkel szemben az UT család tagjai kivétel nélkül érzékenyek.
Forrás: Schneider Ferenc: Az idő egysége és etalonja
