Ajavöönd

Ajavöönd on keskmiselt 15 pikkuskraadi laiune mõtteline maa-ala riba, mis ulatub Maa ühelt pooluselt teiseni ja kus kehtib üks ja sama kellaaeg – vööndiaeg.
Kogu maakera aeg on arvestatud Greenwichi observatooriumi läbiva mõttelise nullmeridiaani järgi. Kogu maakera on jagatud pikkuskraadide eeskujul ajavöönditeks ja nende põhjal on pandud paika kellaaeg. Ajavööndi laius on määratud pikkuskraadide arvu ja ööpäeva tundide arvu suhtega: 360° / 24 h = 15°. Iga 15 pikkuskraadi järel lisandub või väheneb Greenwichi ajaga võrreldes üks tund vastavalt sellele, kas kõnealune piirkond jääb Greenwichist lääne või ida poole. Sellest meridiaanist 7,5° itta ja 7,5° läände jäävas vööndis kehtib Greenwichi kohalik päikeseaeg ehk maailmaaeg. Järgmised vööndipiirid tulevad iga 15° järel: 22,5°, 37,5° jne.
Nii arvutades jääks osa Saaremaast ja Hiiumaast muust Eestist erinevasse ajavööndisse. Et aja arvestamist riigiti lihtsustada, on ajavööndite piirideks maismaal kokkuleppeliselt mitte vastavad meridiaanid, vaid riigi- ja halduspiirid.

Varajane ajapidamine

Enne kellade leiutamist määrasid inimesed aega päikese järgi, abiks oli näiteks päikesekell, mis oli tavaliselt erinev igal asulal. 
Kui hästi reguleeritud mehaanilised kellad hakkasid levima 19. sajandi alguses, hakkas iga asula kasutama kohalikku kokkulepitud aega päikese järgi. Nähtav ja kokkulepitud aeg võis erineda kuni 15 minutit, sest Maa orbiit ümber Päikese tiireldes ei ole ringikujuline ja Maa telg on kaldu. Kokkulepitud päikeseaja järgi olid päevad võrdse pikkusega ja kahe ajamääramise viisi erinevus oli aasta lõpuks nullis. 
Greenwichi aega (GMT) hakati kasutama 1675. aastal, kui meremeestele pikkuskraadide määramisele abiks ehitati kuninglik observatoorium. See oli meremeestele standardseks etaloniks, samal ajal kui iga linn Inglismaal kasutas oma erinevat kohalikku aega.

Raudteeaeg

Probleemid kohaliku päikeseajaga said eriti tuntavaks raudteetranspordi ja telekommunikatsiooni arenguga, kuna kellaaeg erines eri asulates vastavalt nende asukoha pikkuskraadidele. Üks erinevus asukoha pikkuskraadides vastas neljale minutile. Erinevus New Yorgi ja Bostoni vahel Ameerikas on umbes 2 kraadi või 8 minutit, erinevus Sydney ja Melbourne'i vahel Austraalias on umbes 7 kraadi või 28 minutit. Ajavööndite kasutamine ühtlustab sellised erinevused nii, et suhteliselt lähedal asuvates linnades on sama aeg.
Esimesena võeti standardaeg kasutusele Suurbritannias 1. detsembril 1847. Sealsed raudteefirmad võtsid kasutusele kaasaskantavad kronomeetrid, mille abil hoiti GMT aega. Esimesena neist firmadest võttis 1840. aasta novembris standardaja kasutusele Great Western Railway (GRW). See sai ruttu tuntuks kui raudteeaeg. Kuigi 98% Suurbritannia avalikest kelladest kasutasid GMT aega juba 1855. aastal, ei saanud see Suurbritannia ametlikuks ajaks enne 2. augustit 1880. Mõnel selleaegsel Briti kellal oli kaks minutiosutit – üks kohaliku aja jaoks, teine GMT aja jaoks.
Kommunikatsiooni ülemaailmse leviku suurenedes tekkis vajadus kõigil osapooltel suhelda, kasutades vastastikult arusaadavaid ajaviiteid. Kohalike kellaaegade erinevused suurte vahemaade korral oleks võinud lahendada, sünkroonides kõik kellad ülemaailmselt, aga paljudes kohtades erinenuks siis kohalik aeg oluliselt päikeseajast, millega inimesed olid juba harjunud. Kompromissina võeti kasutusele ajavööndid, mis lihtsustasid geograafilist sõltuvust, kuid ei erinenud samas oluliselt keskmisest päikeseajast.
2. novembril 1868 võttis ametlikult terves koloonias standardaja kasutusele tolleaegne Briti koloonia Uus-Meremaa, olles selles arvestuses arvatavasti esimene riik.
19. sajandi keskpaiga Ameerika raudteedel oli ajapidamine üsnagi segadusttekitav. Iga raudtee kasutas oma standardaega, enamasti lähtudes oma peakorteri või kõige tähtsama sihtkoha omast. Ajatabelid avaldati vastavalt raudtee omaajale. Mõned peatused, mis asusid raudteede ristumiskohtades ning mida seetõttu läbisid mitmed raudteed, oli kell iga raudtee jaoks, millest igaüks näitas erinevat aega.
18. novembril 1883 jagati Ameerikas raudteejaamad nelja ajavööndisse. Seda päeva kutsutakse ka "kahe lõunaga päevaks" (The Day of Two Noons). Sel päeval seadsid kõik ühte ajavööndisse jäävad raudteejaamad oma kellad 12-le, kui standardaja järgi saabus lõuna. Aasta pärast kasutas juba umbes 85% kõikidest linnadest, mille elanike arv oli üle 10 000 inimese, standardaega. Segadus aegade määramises lõppes 19. märtsil 1918, kui Ameerika Ühendriikide Kongress ametlikult standardaja vastu võttis.

Ülemaailmsed ajavööndid

Esimene inimene, kes kirjutas ülemaailmsest ajavööndite süsteemist, oli Itaalia matemaatik Quirico Filopanti. Ta kirjutas sellest oma raamatus "Miranda!", mis avaldati 1858. aastal. Tema idee ei jõudnud tema raamatu lehekülgedest väljapoole ja oli tundmatu ka pikka aega pärast tema surma, seetõttu ei mõjutanud see ka ajavööndite kasutuselevõttu 19. sajandil. Ta pakkus välja 24 ühetunnist ajavööndit, mida ta kutsus "pikisuunalised päevad", ja millest esimene oleks asunud Rooma mediaanil.
Umbes 1900. aastaks oli peaaegu terve Maa standardaja vööndis, ainult mõned kohad kasutasid tunnilist ajanihet GMT ajast. Mitmed võtsid kasutusele kohaliku astronoomilise observatooriumi aja terves riigis, ilma mingisuguse viiteta GMT-le. Võttis mitu kümnendit aega, enne kui kõik Maa ajavööndid jõudsid ühisele kujule – (standardne) ajavahe GMT/UTC-st. Enamik tähtsamaid riike olid kasutusele võtnud tunnised ajavööndid 1929. aastaks. Viimaseks riigiks, kes standardaja kasutusele võttis, oli Nepal, kelle ametlikuks ajaks sai 1986. aastal UTC+5:45.
Tänapäeval on standardsed ajavööndid kasutusel kõigis riikides, aga paljud ei kasuta seda nagu oli algselt mõeldud. Newfoundland, India, Iraan, Afganistan, Venezuela, Birma, Sri Lanka, Markiisaared, ka osa Austraaliast kasutab pooletunnist kõrvalekallet standardajast. Nepal ja mõni provints, näiteks Chathami saared, kasutavad veerandtunniseid kõrvalekaldeid. On ka riike, tuntumad neist Hiina ja India, kes kasutavad riigisiseselt ühte ajavööndit, kuigi nende territoorium ületab 15 pikkuskraadi. Enne 1949. aastat kasutas Hiina viit ajavööndit.

Definitsioon

1972. aastani olid kõik ajavööndid määratletud kui ajavahe Greenwichi kohaliku keskmise päikeseajaga (GMT), mis oli keskne päikeseaeg meridiaanil, mis läbib Kuninglikku Observatooriumi Greenwichis Londonis. 1972. aastast on kõikide ametlike ajateenuse pakkujate eetrisse saadetavad raadio ajasignaalid sünkroonitud UTC-ga (Coordinated Universal Time). Tänapäeval määratlevad paljud riigid ametlikult oma standardaega vastavalt UTC-le, samas on endiselt ka riike, kes toetuvad jätkuvalt GMT-le, selhulgas Ühendkuningriik. UTC-d, mida on nimetatud ka Zulu ajaks, kasutavad ülemaailmselt astronoomid ja kõik teised, kes peavad ürituse toimumisaega esitama üheselt. Ajavööndid põhinevad GMT-l, peamisel päikeseajal 0 pikkuskraadil.
Enamikus ajavööndites erineb kellaaeg kokkulepitud maailmaajast (Coordinated Universal time – UTC) täisarv tunde (UTC–12 kuni UTC+14), mõni üksik vöönd on nihkes 30 või 45 minuti võrra (näiteks Newfoundlandi standardaeg on UTC – 03:30 ja Nepali standardaeg UTC +05:45). Mõned riigid, mis asuvad suurematel laiuskraadidel, kasutavad osa aastast suveaega, tavaliselt keerates kella ühe tunni võrra.

Ajavööndid ja ajavahed

Ajavöönd on geograafiline regioon, kus peaaegu kõigile kehtib sama standardaeg.
Ajavahe on aeg, mis liidetakse UTC ajale või lahutatakse sellest, saamaks praeguse tsiviilaja – kas standardaja või suveaja.
Mõnes ajavööndis elatakse standardaja järgi terve aasta (näiteks Venemaal ja Lõuna-Aafrikas) või kasutatakse standardaega talvel ja suveaega suvel.

Suveaeg

Mitmetes riikides ja mõnel juhul riigi kindlates regioonides kasutatakse osa aastast suveaega. Enamasti tähendab see kevadel kellade ühe tunni võrra edasi keeramist ja sügisel ühe tunni võrra tagasi keeramist. Suveaja kontseptsioon oli esimest korda esitatud 1907. aastal, laiemalt võeti see kasutusele 1916. aastal. Enamik ekvaatorilähedasi riike ei kasuta suveaega, sest nende päikesevalguseaeg on aastaringselt enam-vähem sama.

Ajavööndid avakosmoses

Orbiidil olevad kosmoseaparaadid näevad 24-tunnisel perioodil mitut päikesetõusu ja -loojangut. Erandiks on Apollo programmi astronaudid, kes reisivad Kuule – nemad ei näe ühtegi päikesetõusu ega -loojangut. Seetõttu ei saa seal ajavööndeid kalibreerida päikese suhtes vaadatuna ja teha 24-tunniseid magamis- või ärkveloleku tsükleid. Kosmoseekspeditsioonidel on tavaks kasutada maapealset ajavööndit. See hoiab astronautide ja maapealse tugimeeskonna unegraafikud sünkroonis. Rahvusvaheline Kosmosejaam kasutab tavaliselt UTC aega.
Ajaarvestus Marsil on mõnevõrra keerulisem, kuna planeedi päikesepäev kestab umbes 24 tundi ja 39 minutit. Marsi-missioonide korral on maapealse tugimeeskonna une- ja ärkvelolekutsüklid sünkroonitud Marsi päevaga.