Tag

Bedeutungen und natürliche Tageslänge

Ein Tag ist ein Zeitbegriff, der sich am scheinbaren Lauf der Sonne orientiert. Er kann den lichten Tag von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang meinen, die menschliche Wach- und Tätigkeitszeit oder einen vollen Tag aus hellem Tag und Nacht. Ein voller Tag wird sinnvoll als Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Mittagen oder Mitternächten bestimmt; er heißt dann Sonnentag.

Tag und Nacht entstehen durch Erdrotation und Erdumlauf um die Sonne. Ihre Dauer ist im Jahreslauf und je nach Ort verschieden. Auf 50° geographischer Breite dauert der lichte Tag zur Sommersonnenwende etwa doppelt so lange wie zur Wintersonnenwende. Zu den Äquinoktien sind Tag und Nacht gleich lang. In Polarregionen ist nicht jede Erdumdrehung mit Sonnenauf- und -untergang verbunden; dies wird Polartag genannt.

Ein wahrer Sonnentag schwankt, weil die Erde die Sonne auf einer Ellipsenbahn nach den Keplerschen Gesetzen umläuft und ihre Achse nicht in der Äquatorebene liegt. Die Dauer kann sich um bis zu etwa eine Minute unterscheiden; gegenüber 24 Stunden beträgt die Abweichung bis zu ungefähr 30 Sekunden. Der mittlere Sonnentag ist der über Jahre gebildete Durchschnitt wahrer Sonnentage und beträgt derzeit ungefähr 24 Stunden.

Tag als festes Zeitmaß

Der Tag mit dem Einheitenzeichen d ist ein zugelassenes, aber nicht zum SI gehörendes Zeitmaß. Er ist definiert durch 1 d = 24 h = 1.440 min = 86.400 s. Er wird mit der SI-Sekunde gemessen und ist so gewählt, dass er ungefähr der mittleren Dauer sonnenbezogener Tage auf der Erde entspricht.

Traditionell galt 1 s = 1/(24·60·60) d = 1/86.400 d. Da die Erdrotation nicht konstant ist, wurde die astronomisch bestimmte Sonnensekunde in den 1950er Jahren zunächst durch die Ephemeridensekunde und Ende der 1960er Jahre durch die Atomsekunde ersetzt. Der mittlere Sonnentag ist derzeit 86.400,003 Atomsekunden lang. Ein Kalendertag hat dennoch meist 86.400 s; gelegentlich gleicht eine Schaltsekunde Unterschiede aus.

Das konstante Maß d beschreibt nicht die jeweilige tatsächliche Länge eines Sonnentages. Der wahre Sonnenstand zur Mittagszeit kann gegenüber der gleichmäßig gereihten mittleren Sonnenzeit, besonders Anfang November, um maximal gut eine Viertelstunde abweichen. Diese Abweichungen lassen sich mit der Zeitgleichung berechnen.

Kalender und Tagesgrenzen

Ein Kalendertag ist eine grundlegende Größe der Kalenderrechnung. Im weltweit gebräuchlichen gregorianischen Kalender dauert er von einer Mitternacht bis zur nächsten: von 00:00 Uhr bis 24:00 Uhr. 24:00 Uhr ist zugleich der Beginn des nächsten Tages. Beginn und Ende hängen von der jeweiligen Zeitzone ab.

Nach ISO 8601 werden Tage innerhalb eines Monats ab „1“ fortlaufend nummeriert und als Kalenderdatum notiert. Eine Angabe wie „5. Mai“ ohne Jahreszahl heißt ebenfalls Kalendertag. Das Datum bildet eine fortlaufende, lineare Zeitskala; der Wochentag wiederholt sich dagegen regelmäßig und gehört zur zyklischen Zeit.

Andere Systeme setzen die Tagesgrenze anders. Der jüdische und islamische Kalender zählen einen Tag von Sonnenuntergang bis zum nächsten Sonnenuntergang; andere Kalender beginnen ihn mit Sonnenaufgang. Daraus erklärt sich etwa, dass Weihnachten am Vorabend, dem Heiligabend, begangen wird. Die synodischen lunaren Tage Tithi der vedischen Zeitrechnung dauern unterschiedlich lang, zwischen 19 und 26 Stunden; 1 masa (Lunarmonat) = 30 tithi.

Astronomische Tagesarten

Ein siderischer Tag ist die Zeit für eine Erdumdrehung gegenüber den als fest angenommenen Fixsternen: rund 23 Stunden 56 Minuten 4,10 Sekunden. Er ist knapp vier Minuten kürzer als ein mittlerer Sonnentag, weil die Erde sich gleichsinnig um die Sonne bewegt und im Jahr eine Rotation mehr als sonnenbezogene Tage vollführt. Der Sterntag bezieht sich auf die Kulmination des Frühlingspunktes und dauert rund 23 Stunden 56 Minuten 4,09 Sekunden; der Unterschied von etwa 8 Tausendstel Sekunden ist für genaue astronomische Berechnungen bedeutsam.

Der wahre Sonnentag reicht meist von Mitternacht bis Mitternacht und dauert rund 24 Stunden plus/minus ungefähr 30 Sekunden. Der mittlere Sonnentag ist sein langjähriger Mittelwert. Der bürgerliche Tag teilt diesen Anhaltswert in 24·60·60 gleiche Teile und bildet meist die Grundlage des Kalendertags; seine Dauer beträgt 24 Stunden, gegebenenfalls plus oder minus 1 Schaltsekunde. UTC wird dabei mit Atomzeit koordiniert und bis auf eine geringe Differenz dUT1 an UT1 angepasst.

Auch auf anderen Himmelskörpern bedeutet Tag die Zeit zwischen vergleichbaren Belichtungsphasen. Ein Marstag (Sol) dauert etwa 1 d und 40 Minuten, ein Merkurtag etwa 176 d. Der Mondtag dauert im Mittel etwa 29,53 d und entspricht von Neumond zu Neumond einem synodischen Monat. Erdtage werden durch Gezeitenwirkungen des Mondes langfristig länger: Vor etwa 600 Millionen Jahren dauerte eine Erdrotation etwa 22 heutige Stunden, vor etwa 4,5 Milliarden Jahren ergaben Simulationen etwa 6 Stunden.

Subjektiver und sozialer Tagesrhythmus

Der subjektive Tag wird im Alltag vor allem durch Aufstehen und Schlafengehen bestimmt und häufig in Morgen, Vormittag, Mittag, Nachmittag, Abend und Nacht gegliedert. Der soziale Tag ist der kulturell und gesellschaftlich übliche Tagesablauf. Beide beruhen grundsätzlich auf dem lichten Tag, denn natürliches Licht war und ist für viele Tätigkeiten wichtig.

Biologische Rhythmen passen innere Abläufe an äußere Veränderungen an. Ein ungefähr täglich ablaufender endogener, also im Organismus erzeugter Rhythmus heißt circadianer Rhythmus. Er entsteht durch einen Oszillator oder eine innere Uhr. Äußere Reize, Zeitgeber genannt, stimmen seine Phase und sein Intervall genauer ab; diese Angleichung heißt Entrainment. Licht ist für die meisten chronobiologisch untersuchten Lebewesen der wichtigste Zeitgeber.

In gemäßigten Breiten stimmt der heutige Alltag oft nicht mehr mit dem lichten Tag überein. Künstliche Beleuchtung erreicht nur Bruchteile der Leuchtdichte eines natürlich hellen Tages; die Abweichung wird als eine Ursache saisonaler Depression gesehen. Bei Schichtarbeit kann der persönliche Tag vom Kalendertag und Schlafrhythmus abweichen und zu Schichtarbeitersyndrom führen. Große Verschiebungen können bei zirkadianen Schlaf-Wach-Rhythmusstörungen den persönlichen mit dem nächsten sozialen Tag überlappen. Zeitverschiebungen auf Fernreisen können wegen fehlenden Entrainments Jetlag auslösen.