Tijdsbepaling heeft een belangrijke traditie op de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB). Bij het ontstaan van de Sterrenwacht, was de realisatie van stercatalogi door middel van meridiaanobservaties één van de voornaamste doelstellingen. Om deze doelstelling te bereiken was het noodzakelijk om zowel de best beschikbare klokken te gebruiken alsook om de tijd zo nauwkeurig mogelijk te bepalen. In het begin van de twintigste eeuw werden nieuwe slingeruurwerken in de kelderverdieping van de Sterrenwacht geïnstalleerd. Deze speciaal ontworpen kelderruimte werd op een stabiele temperatuur gehouden, op enkele tienden van een graad na. De klokken waren verankerd aan stenen pijlers, die op dergelijke manier in de grond waren gevestigd, dat ze onafhankelijk van de structuur van het gebouw stonden opgesteld. Deze vier zogenaamde "fundamentele" klokken, waren Rieffler slingers, waarvan de eerste twee de siderale tijd weergaven, en de overige twee de gemiddelde zonnetijd. De tijd werd bepaald door meridiaanobservaties van de sterren, en werd dan per telefoon verspreid naar openbare plaatsen zoals b.v. de haven van Antwerpen. Later werd deze tijd tot in 1980 gebruikt voor de synchronisatie van de sprekende klok, alsook voor de tijdsignalen die op de radio werden uitgezonden.

Wanneer de eerste kwartsklokken omstreeks 1950 hun opwachting maakten, volgden de technologische ontwikkelingen elkaar snel op, zowel op het gebied van de klokken zelf als op het gebied van het vergelijken van klokken die op grote afstand van elkaar gelegen waren. Door de installatie van de eerste kwartsklokken in 1955, de eerste atoomklok in 1968 en het gebruik van moderne technieken voor internationale klokvergelijkingen (Loran-C sinds 1969, en GPS sinds 1984) evolueerde het tijdslaboratorium van de KSB mee met deze technische ontwikkelingen.

Tot in het jaar 1960 werd de tijdsnorm (de seconde) bepaald door de omwenteling van de aarde. De seconde werd gedefinieerd als een fractie (1/86400) van de zonnedag (het tijdinterval tussen twee doorgangen van de zon door de meridiaan van een observatieplaats). Sinds 1967, wordt de seconde bepaald op aan de hand van de eigenschappen van het Cesium atoom met als gevolg een grotere precisie van de tijdseenheid.

Omwille van het feit dat observaties van de maan en andere planeten afwijkingen vertoonden, wist men al langer dat "de omwentelingsklok van de Aarde" niet zeer stabiel was. Aangezien de lengte van de dag bijgevolg veranderlijk was, en de seconde gedefinieerd was als een fractie daarvan, had de seconde ook een veranderlijke duur, wat voor een meeteenheid natuurlijk ontoereikend was. Desondanks bestond er toen geen enkele klok die een betere tijdsschaal kon genereren dan de omwenteling van de Aarde, en werd de nauwkeurigste bepaling van de tijd verkregen uit de astronomische observaties.

Dit veranderde echter toen de atoomklokken hun intrede deden. De wetenschappelijke gemeenschap kon vanaf dan beschikken over een tijdsnorm waarvan de stabiliteit veruit superieur was aan de omwenteling van de Aarde. De seconde bleef de internationale standaardeenheid van tijd, maar werd tijdens de 13de “Conference Générale des Poids et Mesures” opnieuw gedefinieerd, ditmaal als de duur van 9.192.631.770 periodes van de straling die overeenkomt met de overgang tussen de twee hyperfijne energieniveaus van de grondtoestand van het cesium-133 atoom.

Het principe van de atoomklok is het volgende. Atomen kunnen zich in verschillende energieniveaus bevinden die overeenkomen met bepaalde kwantumtoestanden. De overgang van één kwantumtoestand naar een andere, gebeurt door de absorptie of emissie van straling aan een welbepaalde frequentie, die eigen is aan deze overgang.

Een atoomklok, zal atomen opwekken met behulp van straling waarvan de frequentie overeen komt met de overgangsfrequentie waarmee seconden gegenereerd worden (een puls per seconde). In de praktijk zal de aanwakkerende frequentie zo bijgestuurd worden dat men een maximum aantal atomen in opgewekte staat verkrijgt. Deze bekomen frequentie wordt dan gebruikt om seconden te genereren. In het geval van een Cesium klok wordt dus telkens als men 9.192.631.770 perioden telt, één seconde impuls gegenereerd.

Het BIPM (Bureau International des Poids et Mesures, te Parijs) is verantwoordelijk voor de berekening van de Internationale Atoomtijd (TAI). De TAI komt overeen met een gewogen gemiddelde van ongeveer 250 atoomklokken die in een veertigtal laboratoria over de wereld verspreid zijn. Één van deze laboratoria is gevestigd op de Koninklijke Sterrenwacht van België.

Vermits een seconde bekomen met een atoomklok, korter is dan een seconde bepaald als de fractie van een zonnedag, zal de TAI afwijken van de tijdsschaal gebaseerd op de aardrotatie, ook wel de Universele Tijd genoemd. Voor praktische doeleinden is het echter noodzakelijk om ons tijdssysteem zo dicht mogelijk te laten aansluiten bij de zonnetijd. Hiervoor werd in 1971 de Universele Gecoördineerde Tijd (UTC) geïntroduceerd. Deze UTC wordt bepaald door, indien nodig, een geheel aantal seconden toe te voegen aan de TAI, opdat het verschil tussen deze tijd en de omwentelingstijd van de aarde kleiner zou blijven dan 0,9 seconden. De lokale tijd wordt dan verkregen door aan de UTC de correctie van de tijdzone toe te voegen, en een eventuele correctie voor de zomertijd.

Elk tijdslaboratorium onderhoudt een actuele waarde van de UTC door één klok (of een geheel van atoomklokken) aan deze UTC gelijk te stellen en zijn frequentie op dat van de UTC aan te passen. Deze waarde wordt UTC(k) genoemd, waar k het acroniem is voor het betreffende laboratorium. Op de Koninklijke Sterrenwacht van België wordt deze actuele waarde voor UTC bijgevolg UTC(ORB) genoemd.

De klokken die aan de TAI deelnemen, moeten onderling vergelijkbaar zijn. In éénzelfde laboratorium worden de klokken regelmatig vergeleken met de UTC(k) door middel van een teller die het interval meet tussen de pulsen van de klok (één impuls per seconde) en de pulsen van de UTC(k). Voor klokken die zich in verschillende laboratoria bevinden, gebruikt men twee andere technieken: de meting van het traject van een golf dat via een geostationaire satelliet van het een naar het ander laboratorium verstuurd wordt ("Two-way" genoemd), en een meting met gemeenschappelijke waarneming van GPS satellieten ("Common View" genoemd). Op de Koninklijke Sterrenwacht van België wordt enkel laatstgenoemde methode gebruikt, die als volgt kan worden samengevat:

Vervolgens verwerkt het BIPM de lokale klokgegevens die via de “two-way”-methode of via de “common view”-methode werden waargenomen tot een "Vrije Atoomschaal" (of in het Frans: Echelle Atomique Libre, EAL). Het algoritme dat hiervoor word gebruikt, geeft aan elke klok een gewicht dat afhangt van de stabiliteit van de klok op lange termijn. Dit gewogen gemiddelde wordt dan met een groep van primaire standaardfrequenties (*) gecombineerd om op die manier de TAI seconde zo dicht mogelijk te verkrijgen bij de officiële definitie van de seconde.

De TAI wordt daarom a posteriori bepaald: de klokken moeten eerst werken om gegevens te verzamelen die naar het BIPM zullen worden verzonden. Na deze a posteriori berekeningen informeert het BIPM de tijdslaboratoria over het verschil en de evolutie tussen de UTC en UTC(k) van de voorbije maand. Bijgevolg kent ieder tijdlaboratorium de voorspelde waarde van UTC en eveneens het verschil tussen zijn UTC(k) en UTC. Dankzij deze informatie kunnen de laboratoria indien nodig hun frequentie aanpassen indien de UTC(k) te veel zou afwijken van de UTC.

______________________________________________________________________________________________________________