L
liendre
Forer@ Senior
Sin verificar
Buenos días
Ayer, como no podía dormir, me encontré este interesante documento largo como un día sin pan, pero que me leí entero y me pareció interesante postear.
Es un copy-paste. Intentad comer o hacer lo que tengais que hacer porque va para rato:
La pregunta ¿qué hora es? parece un tanto simple. Hasta un niño de corta edad la sabe contestar. Pero no es tan fácil. A lo largo de la historia se han utilizado métodos muy variopintos para saber la hora. La referencia del tiempo ha estado ligada a fenómenos astronómicos como el día, mes y año. La medición del tiempo va unida a los progresos astronómicos y científicos. Para comprender los problemas que ha planteado la medición del tiempo, vamos a seguir los pasos de la historia, desde métodos ancestrales hasta los actuales.
Al contrario que la distancia o el peso, el tiempo es difícil de definir. Los filósofos lo han intentado con escaso éxito. San Agustín comentaba que sabía lo que era el tiempo pero no era capaz de explicarlo. Quizá la definición más famosa la dió Aristóteles : "el tiempo es el movimiento dividido en partes y medido". Es una buena definición pero no del tiempo sino de su medición y sus consecuencias. No vamos a entrar en otros tiempos como el tiempo meteorológico ni el tiempo psicológico. Nos centraremos el tiempo horario y su referencia astronómica.
La medida del tiempo más natural es el día. La sucesión de luz y oscuridad, de trabajo y descanso, de actividad y reposo ha marcado el ciclo vital de los seres vivos incluido el ser humanos. En la vida cotidiana el día es la referencia obligada. El segundo gran ciclo temporal es el año, con la sucesión de las estaciones: frío, cosechas, calor, lluvias. No es tan preciso psicológicamente como el día pero igual de trascendente. Otro ciclo de menor importancia estaría basado en la Luna, iluminando las noches. Origina el ciclo mensual y su derivada, las semanas. En base a la Luna o el Sol se crearon los calendarios, dejando siempre como punto de partida el día. Para ciertas actividades el día es muy largo. Se precisa dividirlo en unidades más pequeñas: turnos de vigilancia en los campamentos de los ejércitos, discursos en los juicios, saber si puedo volver a casa sin quedarme en el camino, etc.
Durante el día el método más obvio era mirar al Sol. Según su situación calculaban cuanto día había trascurrido y cuanto faltaba para su puesta. Por la noche se servían de las constelaciones. Por la posición de las estrellas deducían el tiempo que faltaba para la salida del sol (¡Atención¡: La polar no estaba en el polo norte y la osa menor que actualmente es como un reloj, no era de utilidad). Estos dos métodos fallaban cuando estaba nublado o llovía. La precisión era escasa sobre todo por la noche.
A lo largo de la historia se han utilizado muchos sistemas de medida del tiempo. Los más destacados han sido los relojes de Sol o cuadrantes, las clepsidras, y posteriormente los relojes de arena y las velas. Entrada la Edad Media se empezaron a construir los relojes mecánicos basados en el péndulo. No es hasta este siglo cuando aparecen los dos tipos de relojes más precisos: los relojes de cuarzo y los atómicos.
Mirar el sol es muy peligroso. Es mucho mejor mirar su sombra. Si ponemos un palo y marcamos el recorrido de la sombra tenemos un primitivo pero útil reloj solar. (Fig. 1) En la salida y puesta del sol es difícil tomar medidas, pues la sombra es muy alargada, hay obstáculos naturales como montañas o árboles: Es más fácil calcular cuando el sol está en lo más alto, y su sombra es más pequeña. Ese es el momento del "medio día" y sirve de patrón para el resto de las horas. Parece ser que los primeros relojes de sol se utilizaron en China 2.600 antes de Cristo (a.C.). En occidente lo utilizaron todas las grandes civilizaciones: los egipcios y babilonios XV siglos a.C., posteriormente los griegos, romanos, visigodos, ...
Fig. 1: Reloj de Sol Moderno. Está situado en el polideportivo de Otos(Valencia). Su diseñador, Joan Olivares, explica las características de este reloj a varios miembros de la Agrupación Astrónomica de la Safor.Nuestra división del día en horas se remonta a la época babilónica. Fue este pueblo el que comenzó a utilizar el sistema sexagesimal, dividiendo la esfera celeste en 360 grados y cada grado en 60 minutos. El día lo dividieron en 12 horas dobles: 12 horas de día-luz y 12 horas de noches. Eran horas temporales, es decir que el periodo de luz diurna lo dividían en 12 horas. Cuando los días son más largos, sus horas también. Y por la noche sucede lo mismo. Cada hora a su vez constaba de 60 minutos. Este sistema de horas temporales estuvo en vigor hasta que los relojes mecánicos fueron lo suficientemente precisos (siglo XIV) para cambiar a horas constantes. En Japón estuvieron presentes hasta el siglo XIX.
Resulta curioso que un sistema tan complejo para nosotros, con divisiones de 12, 60, 360... haya perdurado tanto. Actualmente solo contamos por docenas los huevos, las ostras, y poco más. Todo lo demás es en base 10. Pero es una forma natural de contar. Hay pueblos en oriente que todavía utilizan este sistema. La base es incierta pero parece que el fundamento es la mano. Los pueblo primitivos utilizaban los dedos para contar. Si únicamente utilizamos los dedos, llegamos hasta el 10. Pero hay otra forma de contar basada en el pulgar de la mano derecha y las falanges de los dedos de la mando derecha. Con el pulgar se puede señalar la falange proximal dedo meñique, falange medial dedo meñique, falange distal dedo meñique, falange proximal dedo anular, etc y contamos 12 unidades con la mano derecha. Cuando acabamos, utilizamos un dedo de la mano izquierda y volvemos a empezar. Podemos señalar perfectamente 60 unidades con las manos. Hay otras teorías pero esa es bastante convincente.
Fig. 2: Clepsidra. Hay muchos diseños diferentes. Se basa en la caída de un líquido, generalemente agua, de un recipiente a otro. Hay marcas que señalan el tiempo transcurrido.
Las clepsidras o relojes de agua datan de los egipcios (Fig 2). Posteriormente lo utilizaban los griegos y romanos. Se usaban por la noche. Son vasijas de barro con una serie de marcas y un orificio por donde sale el agua a una velocidad determinada. Lo utilizaron los griegos para asignar el tiempo a los oradores en los tribunales. También se utilizó para marcar el tiempo de guardia de los soldados. Durante muchos años fue el sistema nocturno más preciso. La complicación y el refinamiento de las clepsidras llegó hasta límites insospechados: medían las horas temporales y por tanto debía tener distintos orificios y distintas señales horarias según el mes o día en que se encontraban. Otras veces se utilizaba un goteo continuo de agua sobre otra vasija que era la que tenías las marcas de las horas. La clepsidra tiene el inconveniente que conforme se vacía, la presión del líquido es menor y por tanto disminuye el flujo de salida. Otro gran inconveniente es que las noches frías se paraba por congelación del agua. En China se fabricó un complejo sistema en que el agua caía a una velocidad constante desde una altura de unos 6 m. moviendo una serie de ruedas dentadas que marcaban la hora.
Relojes de arena (Fig. 3) : Su origen es incierto, se dice que lo utilizaban los romanos mientras que otros opinan que lo inventó un monje francés en el siglo VIII. El mecanismo es de todos conocido: la gravedad hace caer arena desde un recipiente hermético a otro. Siempre tarda lo mismo en caer. Se construyeron conjuntos de relojes de arena que marcaban cuartos de hora, horas, 6 horas, etc. Incluso algunos que marcaban todo un día. El recipiente tiene que esta estanco, pues la humedad modifica mucho las propiedades y la precisión del sistema.
Fig. 3: Relojes de Arena. El mecanismo es de sobra conocido.
Velas: Se empezaron a utilizar en Inglaterra en el año 890. El método es fácil. Vela con una serie de marcas que se va consumiendo a lo largo de la noche. Además el reloj está iluminado. También se utilizó una varilla de incienso con una serie de pesas atadas regularmente. Conforme se quema el incienso las pesas caen sobre un tambor o gong y marcan las horas.
Durante la baja edad media la medición del tiempo estuvo dominada por la Iglesia y en concreto con la vida monacal. Se seguía utilizando el reloj de Sol como patrón de la medida del tiempo. El día se dividió en 7 horas canónicas. Los monjes tenían 7 momentos en la jornada, los siete momentos del oficio o los siete instantes de Dios divididas en horas mayores y menores. Horas canónicas mayores: maitines, laudes y vísperas. Las horas menores: prima, tercia, sexta y nona. De esta época nos quedan expresiones muy castizas como: el descanso que realizaban en la hora sexta (hora siesta), o bien cuando se retiraban a dormir a la hora nona, es decir "hacer nono" (os tengo que decir que esta expresión no la he encontrado en el diccionario de la R.A.E.L. ni en el diccionario Español-Inglés, pero a mi me enviaban a hacer nono de pequeño).
No solo se utilizaban las horas canónicas. Otro sistema de medida consistía en dividir el día en 4 partes o cuadrantes cada una de las cuales era de 6 horas. Cada hora se dividió en 4 puntos (15 minutos). Cada punto se dividió en 10 momentos (minuto y medio). Cada momento se dividía en 12 onzas (siete segundos y medio de nuestro reloj). Y cada onza a su vez constaba de 47 átomos. Los átomos duraban tan poco que no se podían dividir. Las campanas de las iglesias tocaban en cada transición de los cuadrantes de 6 horas.
A partir del siglo XIII en los monasterios italianos e ingleses se construyeron los primeros relojes mecánicos. Estaban destinados a hacer sonar las campanas de las torres de las iglesias. Los construían los herreros con hierro. Se les "daba cuerda" o bien se ponían pesas y funcionaban. Una especie de balancín regulaba el paso del tiempo, pero conforme iba gastándose la cuerda, funcionaba más despacio. Alcanzaron una precisión de 15-30 minutos al día. Se ajustaba diariamente al reloj solar. Eran relojes que no solo medían el tiempo sino que servían para el cálculo de eclipses, situación de los planetas, etc. Muchos de ellos tenían animaciones o efectos especiales como el canto de un gallo, figuras movibles, etc. (Fig. 4). Son los llamados relojes astronómicos que adornan algunas catedrales centroeuropeas como la de Praga o Munich.
Fig. 4: Reloj mecánico. Data de 1330, con la finalidad de ayudar a los monjes en sus tareas y oraciones diarias.
En el siglo XIV fueron apareciendo varios sistemas horarios basados en las 24 horas. Diferían en el momento de comienzo del día. Las horas italianas comenzaban en el ocaso solar, las babilónicas en el orto solar, las horas astronómicas en el mediodía y a media noche, las horas francesas fraccionaban el día en dos periodos de 12 horas a partir de medianoche.
En el siglo XV se perfeccionan los relojes. Se introduce la manecilla que marca la horas y se miniaturizan hasta el punto que se pueden trasportar. La hazaña la realizó un herrero alemán en 1505 llamado Peter Henlein y sus relojes se llamaron "relojes de saco" o "huevos de Nürenberg" por la forma y la localidad de construcción. Se llevaban en un saco y tenían una autonomía de 40 horas. La precisión era muy escasa. La legislación calvinista de la ciudad de Ginebra impedía a sus orfebres realizar "cruces, cálices y otros instrumentos" por lo que decidieron dedicarse a la creación de cajas para el mecanismo de los relojes. De ahí proviene la industria relojera suiza.
La gran revolución relojera la realizó un tal Christian Huygens (¿os suena?). Se basó en el péndulo. El péndulo es un sistema mecánico muy sencillo que bate con una frecuencia constante. Esta constancia la utilizó para servir de referencia a los relojes. Christian Huygens inventó el reloj de péndulo en 1657, alcanzando una exactitud de 1 minuto por semana. Fueron los primeros relojes capaces de contar los segundos. La energía de funcionamiento la proporcionaban unas pesas y el péndulo dejaba escapar un diente de una rueda cada vez que batía. Su invento se popularizó y por entonces apareció la segunda manecilla de los relojes que contaba los minutos. Queda establecido que los días tienen 24 horas, cada hora 60 minutos y cada minuto 60 segundos o sea que el día tiene 86400 segundos. Se acaban definitivamente las horas temporales y se hacen fijas, de la misma duración, independientemente de las horas de luz y de noche. La palabra minuto tiene su origen en el latín "prima minuta", la primera división pequeña, segundo viene de "secunda minuta", la segunda división pequeña.
A finales del siglo XVII se popularizaron los relojes de bolsillo llamados "cebollas". La energía de funcionamiento la proporcionaba un muelle-espiral. Para evitar el desgaste de los engranajes, Nicolas Faccio en 1704 utilizó rubies y zafiros, disminuyendo los errores por frotación y desgaste. De ahí que se decía que eran relojes de "17 rubies". Eran un objeto de lujo solo al alcance de los más pudientes. El pueblo seguía guiándose con las campanadas de la iglesia.
Hasta mitad del siglo XIX, la medición del tiempo se basa en los relojes solares. Cuando el Sol pasa justamente por una línea imaginaria Norte-Sur, o está en el punto más alto, eso es el meridiano. Se dice que es el mediodía en ese punto. Pero los relojes mecánicos se fueron haciendo cada más precisos y se observó que el Sol se adelantaba o se atrasaba al horario previsto. Los días no duraban 24 horas. El motivo es fácil de entender. La Tierra tiene una rotación constante (estamos en 1850). La órbita alrededor del Sol no es perfectamente circular, sino un poco elíptica. Esto significa que la velocidad de traslación no es perfectamente constante mientras que la rotación si lo es. Cuando está más cerca del Sol, se mueve más deprisa que cuando está más alejado. Si tomamos como referencia el paso del Sol por el meridiano observaremos que cuando la Tierra está más próxima (en enero) los días son más largos que cuando está más lejos (en julio). La diferencia es escasa pues entre el día más corto y el más largo no supera los 15 segundos. Lo que sucede es que se va acumulando esos escasos segundos y origina un desfase de hasta 15 minutos de atraso el 4 de noviembre y un adelanto de otro tanto el 10 de Febrero (Fig. 5).
Fig. 5.: Duración del día. El día solar aparente puede diferir del día solar medio hasta en 20 segundos dada la diferente velocidad de la Tierra en su movimiento alrededor del Sol. Si sumamos estas pequeñas diferencias, el reloj solar difiere del reloj mecánico hasta 15 minutos de adelanto o atraso.
Aparece el primer problema de la medición del tiempo. Cuando nos guiamos por el sol tenemos el llamado "tiempo solar", también llamado "tiempo solar aparente", o "Tiempo Local Aparente (TLA)" definiendo un día como el lapso de tiempo trascurrido entre el paso del sol por el meridiano dos veces seguidas. Si tenemos en cuenta el desfase descrito tenemos que recurrir a una corrección llamada ecuación del tiempo que equivale a decir que nos inventamos un sol ficticio en el que la velocidad es constante. A esto se le llama "tiempo medio solar" o "Tiempo Promedio Local (TPL)". Si representamos esta ecuación del tiempo ajustando los adelantes y atrasos a lo largo del año, obtenemos una curva similar a un 8 denominada "lemniscata"(Fig. 6). El medio día se convirtió en el momento cuando el Sol promedio cruza el meridiano.
Fig. 6.: Analema. Representa la altura del Sol y la diferencia entre el día solar aparente y el día solar medio.
El día solar tiene otro inconveniente: es local. Solo sirve para una determinada situación: la nuestra. Por cada 20 km que nos alejemos al este o al oeste de nuestra posición, (en nuestras latitudes) el reloj de sol marcará un minuto de adelanto o atraso. Es evidente que para una sociedad campesina, con medios de trasporte lentos como es a caballo, en carro o a pie, no tiene gran importancia. Pero cuando se agilizaron los medios de trasporte o los medios de comunicación basados en el telégrafo-teléfono o emisoras de radio esta diferencia temporal fue fundamental. Si viajabas en tren, no era cuestión tener que cambiar la hora del reloj en cada estación del recorrido. En 1883, Estados Unidos decidió dividir su territorio en zonas en las cuales se promediaba el tiempo de acuerdo con las longitudes 75, 90, 105 y 120 grados. A esto se denominó "Tiempo Normal". Así tenemos el Tiempo Normal del Este, Tiempo Normal Central, de las Montañas y del Pacífico. La diferencia entre estas zonas es de 15 grados (360/24) o sea de 1 hora exactamente. Posteriormente se adoptó esta medida en todo el mundo. Se dividió la Tierra en 24 husos horarios, de tal forma que en un huso tuvieran todos los puntos la misma hora. Hoy es tan obvio que parece una tontería, pero supuso grandes dilemas y controversias. Hay zonas hoy en día que no siguen fielmente esta norma de husos horarios y van con media hora o tres cuartos de diferencia. Hay puntos concretos de la superficie terrestre que tienen tres horas diferentes (Fig. 7).
Fig 7. Zonas Horarias. La Tierra se ha dividido en 24 zonas horarias. Cada zona tiene la misma hora en todos sus puntos. El tiempo Normal es el usado habitualmente. Para determinados fines astronómicos aun se utiliza el Tiempo Promedio Local. Los sencillos planisferios celestes de rueda, los almanaques de eventos planetarios y los mapas celestes con visualización del horizonte que aparecen en las revistas como Sky and Telescope, o el Boletín Huygens, por citar solo las dos más importantes, también van en TPL. De todas formas es muy fácil su equivalencia con la siguiente formula: Tiempo Normal = Tiempo Promedio Local + corrección. La corrección equivale a sumar 4 minutos por cada grado que estemos al oeste de la longitud normal o bien restar cuatro minutos si estamos al este.
El Tiempo normal sirve correctamente para una zona geográfica determinada. Como referencia de las zonas se tomó la longitud 0 Grados que pasa por el Antiguo Observatorio Real de Greenwich. A este tiempo se le denomina Tiempo del Meridiano de Greenwich (TMG) ( Fig. 8). A veces se le ha llamado Tiempo Medio de Greenwich. El TMG se mide en el sistema de 24 horas. Para ajustarlo a nuestro Tiempo Normal no hay más que añadir o restar las horas de diferencia. Por ejemplo, en EEUU hay que añadir 6-8 horas. Posteriormente, para aprovechar mejor las horas de sol, muchos países decidieron añadir 1 hora en invierno y 2 en verano: Tiempo Civil de invierno y Tiempo civil de verano.
Fig 8. Observatorio de Greenwich. Antiguo Observatorio astronómico. Sirvió de referencia para el cálculo de las coordenadas terrestres y zonas horarias.
En 1880 el reloj más preciso de entonces era el llamado Péndulo de Riefler. Este reloj, exclusivamente de carga eléctrica y escape libre, hermético, a presión constante, alcanzaba una precisión de algunas centésimas de segundo al día. En 1904 la casa Rolex crea el reloj de pulsera.
En 1920 la Union Internacional Astronómica (UIA o IAU) encargó al Bureau Internacional de l'Heure (BIH) la coordinación para determinar el tiempo así como la radiodifusión de las señales horarias. El Tiempo Universal (UT) fue introducido en el año 1926 reemplazando al Tiempo Medio de Greenwich (GMT).
En 1921 se introduce el sistema de reloj Short. Un péndulo principal que oscilaba libremente en una campana neumática, sin ninguna carga ni rozamiento. Este péndulo sincronizaba otro secundario, con lo que se conseguía una precisión del orden de milésimas de segundo al día. Con esta precisión las pequeñas variaciones debidas al movimiento de nutación de la Tierra (originado por la inclinación de la órbita de la Luna sobre una Tierra achatada) tuvieron que ser tenidas en cuenta para el cálculo de las efemérides (1933).
En 1929 la medida del tiempo dió un salto importante con la aparición de los relojes de cuarzo inventados por Warren Morrison. El isocronismo mecánico del péndulo se sustituía por las oscilaciones forzadas de un cristal piezoeléctrico, con una frecuencia de vibración de algunos megahercios. Al utilizarse este preciso instrumento se pudo comprobar que la Tierra era un mal reloj: Su velocidad de rotación variaba en algunos milisegundos dependiendo de las condiciones meteorológicas o de las estaciones. El segundo tomando como base la definición de ser 1/86.400 de un día solar medio empezaba a ser insuficiente. Presentaba variaciones de un año a otro, estaba influenciado por fenómenos atmosféricos y estacionales. Lo peor de todo, los cambios no eran predictibles y los relojes pasaron de ser corregidos por el giro de la Tierra a ser indicadores de la fase de rotación de nuestro planeta.
Uno de los "errores" que se detectó es la llamada migración del polo. El eje de rotación de la Tierra no está rigurosamente fijo. Tanto el Polo Norte como el Polo Sur describen sobre la superficie de la Tierra una línea irregular en forma de espiral con un giro completo en 14 meses. El movimiento es muy pequeño y todo lo más se desplaza 15 metros de la media ( si, habéis leído bien ¡15 metros!). Este movimiento irregular se debe a fenómenos sísmicos, erosión, fusión de los hielos, grandes tormentas o ciclones, masas de aire caliente o frío, etc. A esta curva se le denomina "polodia" (Fig 9).
Fig 9. Polodia. El Polo norte describe un movimiento sobre la superficie de la Tierra de escasos metros de amplitud. La curva es un elipsoide irregular con varios movimientos cíclicos.
La espiral corre en sentido contrario a las agujas del reloj, se alarga y encoge en un periodo de 7 años que a su vez puede resolverse en un periodo de 430 días (término de Chandler) con una amplitud máxima de una decena de metros y otro periodo anual con una amplitud máxima de 5 metros. Esta última se atribuye al desplazamiento de una masa de aire de unos 20 billones de toneladas de aire del hemisferio norte al sur por el cambio de las estaciones. Al cambiar el eje de giro de todo el planeta, lo que estamos haciendo es cambiar todas las coordenadas, desplazándose unos pocos metros. Ya vimos que hay que en nuestra latitudes 1 minuto de tiempo supone una rotación de la Tierra de 20.8 Km., 1 segundo corresponde a 345 metros, y 1milisegundo a 0.345 metros. Si nuestras coordenadas varían en, por ejemplo 2 metros, la incertidumbre en la medición del tiempo sería de 6 milisegundos. ¡Totalmente imperdonable!
Los cambios estacionales también inducen un cambio en el momento de inercia de la tierra y no solamente del cambio del eje de rotación. Toda la Tierra tiene una rotación variable. Sabemos el ejemplo de la bailarina, que cuando aproxima los brazos gira más deprisa o se enlentece si los separa. A la Tierra le pasa igual. Si hay muchas nubes o se acumula la nieve en las montañas, su momento de inercia y por tanto la duración del día cambia. Hasta los pantanos, hacen que el agua esté situada más alta y por tanto que disminuya la velocidad de giro terrestre. ( Con esto no quiero echarle la culpa a ningún político pasado). Esta curva estacional es bastante predecible y se puede calcular por una formula empírica aunque en realidad solo se puede saber a posteriori. El cambio por las estaciones oscila entre más / menos 0.03 segundos. En agosto los días son 2 milisegundos más cortos que en Febrero (Fig. 10).
Fig. 10. Gráfica indicando la diferencia entre UT2 y UT1. Se deber sobre todo a cambios estacionales.
En base a esta situación la Unión Astronómica Internacional adoptó en 1955 la siguientes convenciones, diferenciando varios tipos de Tiempo Universal.
Tiempo Universal 0 o UT 0: es el tiempo civil del meridiano de Greenwich (el ángulo horario más 12 horas respecto del sol medio), deducido de las observaciones astronómicas en un observador determinado y teniendo en cuenta la diferencia de longitud con Greenwich.
Tiempo Universal 1 o UT 1: se obtiene a partir de UT 0, añadiéndole las correcciones debidas al movimiento del polo que han sido deducidas de las observaciones apropiadas.
Tiempo Universal 2 o UT 2: se obtiene de UT 1, añadiéndole la corrección debida a la variación estacional de la velocidad de rotación, según su fórmula empírica.
Sin duda la más precisa sería UT2 pero en la practica se utiliza UT1.
Hasta hora hemos hablado del Sol y del movimiento de rotación de la Tierra. El Sol tiene un gran diámetro y brilla mucho. Hacer medidas del paso exacto del centro del Sol es muy complejo. Es mucho más fácil determinar cuando pasa una estrella por un meridiano. O bien cuando oculta la Luna una estrella. La medida puede ser muy precisa. Antiguamente se hacia por el método de ver y oír. Con un ojo se miraba con el ocular para ver el paso por el meridiano de una determinada estrella y con el otro se comparaba con un péndulo que batía segundos. La precisión del paso de la estrella alcanzaba ¼ segundo. (Fig. 11).
Fig 11. Telescopio Meridiano. Telescopios especializados en determinar el paso de una estrella por el meridiano del lugar.
Posteriormente los métodos fotométricos se refinaron, aumentando la precisión y con ello la medida del tiempo. Pero la medición del tiempo por el paso de las estrellas plantea un gran problema. Tendremos que definir que 1 día es el paso de una estrella por el mismo meridiano dos veces consecutivas. Pero atención, lo que medimos es el llamado día sideral , que no es lo mismo que el día solar. La Tierra se traslada alrededor del Sol y las estrellas están muy distantes. Un observador cuando vuelva a ver una estrella habrá pasado un día sideral, pero faltará 1/365 días para que vuelva a estar en la misma orientación con respecto al Sol ( Fig. 12).
Fig 12. Traslación de la Tierra. Con este esquema se aprecia la diferencia entre el día solar y el dia sidereo según se tome como referencia el Sol o las estrellas para determinar un giro completo de la Tierra.
El día sideral es por tanto 3 minutos 56 segundos más corto que el día solar. Bueno, pues sabiéndolo, se corrige y ya está. Pues no. Hay otro movimiento terrestre que dificulta la determinación del día o bien del Año Sideral: la precesión de los equinoccios. Sabéis que el Polo Norte no está fijo sino que describe un lento movimiento en unos 25.000 años. Cada año, un punto de referencia estará desplazado unos 50 segundos. Si a esto unimos que existen muchos otros movimientos de la órbita terrestre como la inclinación de la eclíptica, la excentricidad de la eclíptica, la nutación, etc, hubo que recurrir al Tiempo Sideral Medio (TSM), es decir un tiempo promedio un tanto ficticio. El Tiempo Sideral Aparente (TSA) es el observable directamente. Había que corregirlo con la llamada "ecuación de los equinoccios" para obtener el Tiempo Sideral Medio. La historia se repite con el visto anteriormente día solar medio y día solar aparente.
Para obviar estas dificultades, la X Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional, celebrada en 1958, decidió tomar como medida del tiempo otra base astronómica, y dejar que la Tierra gire libremente. La referencia astronómica que se tomó fue la del año trópico. El año es mucho más estable y no se modifica por los cambios terrestres descritos, de esta forma la rotación de la Tierra se independiza de la medición del tiempo. La definición de segundo fue: la fracción 1/31556925.9747 de la duración del año trópico. A este tiempo se le denomina "Tiempo de Efemérides". Poco después se matizó todavía más esta definición, concretando que el año de referencia es el año trópico que comenzó a las 12 horas del 31 de diciembre de 1899, en el instante en que la longitud media del Sol (geométrica, no afecta a la aberración atmosférica) referida al equinoccio medio era de 279 grados, 41 minutos y 48 con 04 segundos. Bueno creo que sobran las palabras para apreciar que la definición no fue muy exitosa. Entre otras cosas porque la medición del Sol es muy difícil. Esta definición se basa en las teorías de Newcomb del movimiento Solar. Los cálculos con la luna son más fáciles pues gira 13 veces más deprisa y la ocultación de las estrellas es muy nítida. Por otra parte como patrón tiempo, reproducible y analizable es casi imposible de utilizar.
Los movimientos de la Luna, los planetas, o satélites de los planetas tienen unas órbitas muy definidas y podemos calcular un evento concreto pasado o presente con mucha precisión. Una ocultación de un planeta o un satélite o un fenómeno mutuo sucederá independientemente de la hora que sea en nuestro planeta.
Después de todos estos precisos cálculos sobre la duración del día, había datos que no cuadraban. Al calcular los movimientos de los cuerpos del sistema solar, los errores eran manifiestos y cuanto más atrás en el tiempo el error era mayor. Los tránsitos de Mercurio o Venus por el Sol no coincidían exactamente. Las ocultaciones de estrellas por la Luna diferían de los cálculos previstos. Pero la prueba más clara sin duda son los eclipses totales de Sol. Dónde la historia describe claramente que hubo un eclipse total de Sol, los cálculos con un día constante no coincidían, y sitúan la franja terrestre eclipsada desplazada muchos kilómetros. O lo que es lo mismo varias horas fuera de tiempo. Los movimientos de la Luna y del Sol son lo suficiente exactos y precisos como para no incurrir en unas desviaciones tan notorias. Por otra parte, el efecto gravitatorio de la Luna sobre la Tierra provoca las mareas, lo cual tiende por una parte a frenar la rotación de la Tierra y por otra que se aleje la Luna (Fig. 13).
Esta diferencia entre el Tiempo de Efemérides y el Tiempo Universal se llama Delta T. En muchos centros de cálculo de efemérides, por ejemplo los fenómenos mutuos de los satélites de Júpiter, ocultaciones de estrellas por planetas o asteroides , nos indican el tiempo en Tiempo de Efemérides. Estos cálculos se pueden hacer con muchos años de antelación. Pero lo que no se puede predecir es el Delta T. Es decir como se comportará la rotación de nuestra Tierra. En 1996 había que añadir 62 segundos. A fecha de hoy, 2002, hay que añadir 64 segundos. El Tiempo de Efemérides y el Tiempo Universal coincidieron en 1902. En esa fecha delta T es igual 0.
El siguiente gran acontecimiento en la medida del tiempo sucede en 1948. Comienza la utilización del reloj atómico. Se basa en la resonancia en la transición entre dos niveles energéticos de un átomo. Un átomo tiene dos niveles energéticos muy definidos, si se le somete a una radiación de microondas de una frecuencia muy precisa, el salto de esos niveles energéticos se estabiliza. Se puede medir esa frecuencia con gran exactitud. Utilizando átomos de cesio a una frecuencia de 9192 MHz se alcanza una precisión de una parte en 10 elevado a 12, (los relojes de cuarzo alcanzan 1 parte entre mil millones, y los de péndulo 1 parte entre 1 millón). La precisión de los relojes atómicos actuales es equivalente a tener un error de 1 segundo en 100.000 años. Están diseñándose relojes que alcanzaran una precisión de medio segundo en 10.000 millones de años.
Con este nuevo instrumental, en 1967 la XII Conferencia General de Pesas y Medidas adoptó la siguiente definición del segundo: el Segundo Internacional (SI) es la duración de 9.192.631.770 periodos de la radiación debida a la transición entre dos niveles energéticos hiperfinos del estado fundamental del cesio 133. Entró en vigor el 1 de enero de 1972. Se definió de forma que el segundo fuera similar a las unidades empleadas anteriormente: Segundo del Tiempo de Efemérides y Segundo de Tiempo Solar Medio. A su vez en esa fecha (1-1-1972) empezó a contar la nueva escala de Tiempo Atómico Internacional (TAI) basada en la nueva definición de tiempo. Se definió el TAI de tal forma que se iguala al UT1 el 1 de Enero de 1958 .
El cambio fue trascendental. Por primera vez la medición del tiempo no estaba ligada a fenómenos astronómicos. La Tierra puede girar a su antojo sin las ataduras de marcar el tiempo. En cambio, se pierde poesía. Ya no es el movimiento dividido en partes y medido, sino 9 mil millones de periodos de radiación hiperfina, ....
El tiempo atómico se basa en los relojes atómicos. El Tiempo Atómico Internacional (TAI) es en realidad un promedio de muchos relojes atómicos. Unos 150 relojes distribuidos en 30 países diferentes. Cada país (civilizado) tiene un centro de metrología con sus sistemas de medición de tiempo basado en varios relojes atómicos. Así en EEUU se encarga United Stated Naval Observatory (USNO) de la medición del tiempo. Consta de 18 relojes atómicos, lo cuales se promedian para obtener el tiempo en EEUU. El promedio no es igual para todos los relojes sino que en función del reloj (precisión previa, modelo, antigüedad, ...), se le asigna un peso específico en el valor final. Cada país promedia sus relojes para obtener su Tiempo Atómico. El Bureau International de Poids y Mesures (BIPM) en Sevres, Francia es el encargado de promediar los distintos relojes de los distintos países para difundir el tiempo atómico a nivel mundial, que se difunde en diversos boletines e informes, los cuales sirven para ajustar los distintos Tiempos Atómicos Nacionales. La complejidad de estas operaciones debe ser enorme y muy especializada. Estamos hablando de precisión del orden de milmillonésimás de segundo. En esa fracción de tiempo la Luz recorre escasamente 30 centímetros. La velocidad de la luz es de 299.792.458 metros por segundo exactamente y digo exactamente por que el metro se ha definido en base al tiempo: 1 metro es la distancia que recorre la luz en 1/299.792.458 segundos. Si queremos ajustar dos relojes difícilmente podremos hacerlo por radio pues cambios de distancia del orden de centímetros son perceptibles. En ocasiones se ha llevado físicamente un reloj para compararlo con otro.
Esta precisión es tan grande que hace entrar en escena un factor ignorado hasta entonces: la relatividad general. Esta teoría cambia nuestro concepto de tiempo. Ya no es absoluto e independiente del observador. El tiempo empieza cuando empieza el universo. El tiempo es solo una dirección más en un conjunto cuadrimensional llamado espacio-tiempo. El tiempo varía según el campo gravitatorio y la velocidad. Observadores que se muevan con diferentes velocidades seguirán caminos diferentes en el espacio-tiempo y por tanto cada observador tiene su propia medida del tiempo a lo largo de su camino, y diferentes observadores medirán diferentes intervalos temporales entre sucesos. El tiempo se enlentece cuanto más deprisa se viaje o mayor sea el campo gravitatorio. Cuando viajamos en avión, a unos 1000 kilómetros por hora nuestro reloj va más despacio que si estuviéramos en Tierra, o lo que es lo mismo cuando aterrizamos hemos viajado no solo en el espacio sino también en el tiempo: ¡estamos en el futuro!. Pero tranquilos, solamente unas milmillonésimás de segundo ( bueno, con Iberia nunca se sabe). Así mismo el que vive en un ático su reloj va más despacio que si está en la primera planta, pero también en tiempos infinitésimos. Un astronauta que esté un año en órbita, su reloj tiene un retraso de una centésimas de segundo con respecto a otro que hubiese estado en la Tierra. Esto condujo a modificar la definición de Segundo añadiendo la coletilla "situado a nivel del mar". El campo gravitatorio también se modifica con la distancia de la Tierra en torno al Sol. Todo esto origina varias definiciones nuevas de tiempo y modificaciones de tiempos previos. Veamos.
En l977 la Asamblea General de IAU de Grenoble, Francia modificó el Tiempo de Efemérides y definió la escala de Tiempo Dinamico Terrestre (TDT) en referencia a la superficie terrestre tomando como referencia un Segundo Internacional en el instante del 1 de Enero de 1977. En un reloj atómico marcaría 1 de Enero de 1977, 0h, 0m 32.184 segundos. Esta diferencia de 32.184 segundos sirve para armonizar la diferencia entre el TAI y el ET, sirviendo para la continuidad de tiempo entre el ET y TDT. El TAI es un tiempo atómico con los errores posibles de los relojes atómicos mientras que el TDT es un tiempo idealizado uniforme basado en la gravitación y en los movimientos del Sol, Luna y demás componentes del sistema Solar. En teoría no debería haber diferencias entre un ideal y perfecto TAI y un ideal TDT. Por tanto el TDT = TAI + 32.184 segundos.
Si en vez de tomar como referencia la superficie Terrestre tomamos como referencia el baricentro (centro de masas) del sistema solar, obtenemos el llamado Tiempo Dinámico Baricentro (TDB). El TDB difiere como máximo 10 milisegundos del TDT.
La Asamblea de la IAU de 1991 en un intento de clarificar las relaciones espacio temporales consecuencia de la relatividad general, crea nuevas escalas de tiempo en función de la localización: Tiempo Terrestre (TT), Tiempo Coordinado Geocéntrico (TCG) y Tiempo Coordinado Baricéntrico (TCB).
- El Tiempo Terrestre (TT) se refiere a la Superficie Terrestre y es por tanto idéntico al TDT.
- El Tiempo Coordinado Geocéntrico TCG toma como referencia el centro de masas de la Tierra y difiere del TT por el distinto potencial gravitatorio. Se puede deducir por la siguiente ecuación: TCG-TT = Lg x (JD-2443144.5) x 86.400 segundos con Lg igual a 6.969291 e-10 y JD es el Día Juliano (lo veremos más tarde)
- El Tiempo Coordinado del Baricentro (TCG) es un tiempo coordinado que toma como referencia el baricentro (centro de masas) del sistema solar. Se relaciona con el Tiempo Dinámico del Baricentro: TCB - TDB = iLb x (JD-2443144.5) x 86.400 con Lb igual a 1.550505 e-08.
Esta claro que para la vida cotidiana no es importante, pero a nivel astronómico y astronáutico si lo es. En el lanzamiento de una nave, pongamos hacia Marte un mínimo error temporal puede desviar totalmente la trayectoria. La Tierra se traslada por el espacio a la velocidad de 30.000 metros por segundo. Si el despegue se produce una décima de segundo después, la Tierra está 3 Km. desplazada y por tanto la trayectoria totalmente diferente. La maniobra de aerofrenado en Marte tiene que ser exquisitamente precisa y no estar en función de cambios temporales. También cobra importancia en la medición de los pulsares. Sabemos que los pulsar son estrellas que giran a enorme velocidad, (en pocos milisegundos), emitiendo radiación con una frecuencia muy precisa y constante siempre que nuestra medición o corrección del tiempo esté bien hecha. De hecho, se utilizan un centenar de pulsares para determinar exactamente los movimientos de la Tierra. Actuan como un GPS natural.
Si habéis leído hasta aquí y habéis entendido los distintos tiempos, os podréis percatar de una incongruencia: El Tiempo atómico va por un lado y el giro de la Tierra va por otro. Un día ya no tiene 24 horas. En 1983 los días duraron un promedio de 24.00000063 horas. En 1986 duraron 24.00000034 horas. En realidad los días duraron exactamente 24 horas (86.400 SI) allá por 1820. En la Fig.14 vemos la duración media de los días de los años 1995-97. Si no se tomaran medidas al cabo de los siglos tendríamos un desfase importante entre los dos relojes. Sería parecido al desfase del calendario Juliano, que precisó una drástica reforma debido al mal computo de los años bisiestos.
Fig 14. Exceso de duración de los días en el periodo 1995-98. Cada día tiene una duración diferente si los medimos con relojes muy precisos.
Para mantener nuestros relojes cercanos a la rotación de la Tierra, hay que aumentar o disminuir 1 segundo al Tiempo Universal cuando sea preciso. Cuando se acuerda este incremento de 1 segundo, el último minuto del 30 de Junio o del 31 de diciembre tiene 61 segundos. El resultado es el llamado Tiempo Universal Coordinado o UTC, cuyo valor rige los relojes del mundo. Es el tiempo de las señales de tiempo empleadas en las trasmisiones de radio y otros servicios de tiempo. En círculos no astronómicos se denomina también Tiempo Mundial, Tiempo Z o Tiempo Zulú.
El UTC se basa en el Tiempo Atómico Internacional (TAI) añadiendo un lapso entero de segundos. Hemos visto también que para obtener el TAI se tiene en cuenta muchos relojes atómicos de distintos países. Hasta que se coordinan estos relojes cada país tiene su propio UTC y en muchas ocasiones así lo indican. UTC (USNO) es el Tiempo Universal Coordinado dado por el United States Naval Observatory, el UTC (BIPM) es el dado por el Bureau International de Poids y Mesures, etc. Incluso en algunas publicaciones concretas especifican de que reloj atómico hacen referencia, así el UTC(USNO,MC#2) hace referencia al UTC del USNO proporcionado por el Máster Clock (reloj maestro 2).
El Bureau International de l'Heure (BIH) en coordinación con el Servicio Internacional de la Rotación Terrestre de Paris son los encargados de decidir cuando hay que añadir 1 segundo al UTC. El movimiento es irregular y va acumulando ligeras diferencias. Hay que tener en cuenta que el Segundo Internacional se basa en la duración del año 1900 que era más corto que el actual. Cuando la diferencia llega a 0.9 segundos se añade un segundo. Desde su instauración en 1972 hasta 1980 fue necesario restar al Tiempo Atómico 1 segundo cada año. Posteriormente la rotación se hizo más lenta y no fue anual. Estos segundos intercalados "leap seconds" hace que el último minuto tenga 61 segundos. Se añadió 1 segundo en enero 1990 y 91, julio de 1992, 93 y 94, enero 1996, julio 1997. El último segundo añadido fue el 31 de diciembre de 1999. No ha hecho falta añadir más segundos y tampoco esta previsto añadirlo al final del año 2002. Actualmente el desfase es de 32 segundos. Ver la Fig. 15.
Fig 15. Segundos Intercalados. Muestra los segundos que han sido preciso intercalar para equilibrar el Tiempo Atómico Internacional y el Tiempo Universal Coordinado.
Hemos visto que existen mucha escalas de tiempo: unas desfasadas, otras muy especificas y otras de utilización frecuente e interrelacionadas entre ellas. Vamos a comentar un sistema de uso muy habitual y que se basa en la determinación precisa del Tiempo. Me refiero al Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Este invento, cada vez más popular se utiliza para determinar la situación exacta de un punto en la Tierra, dirigir coches, aviones, misiles, barcos, etc. El GPS se basa en localizar 4 satélites en órbita que emiten una señal determinada. Calculando el tiempo que tarda en llegar la señal de cada satélite, por triangulación puede determinarse la situación exacta de un punto sobre la superficie terrestre. La precisión alcanzada es de unos 10-20 metros, lo que equivale a medir el tiempo con una precisión de microsegundos. No quiero comentar más los efectos de relatividad y velocidad de los satélites que forman el GPS, ni las variaciones de las coordenadas terrestres por la deriva del Polo. Lo que quería comentar es que el reloj que utilizan los GPS se basa en el Tiempo Atómico (En concreto en los relojes de USNO que comentamos previamente), lo cual está muy bien pero no se pensó en su actualización. El tiempo atómico, hemos visto que tiene un desfase con el UTC, que es el tiempo utilizado en nuestros relojes, emisoras, etc. Como el sistema GPS comenzó a funcionar el día 6 de enero de 1980, su reloj tiene un desfase de 13 segundos con los nuestros. O sea que a las 0h 0m 0s de nuestro reloj, en los GPS marca 0h 0m 13s.
A nivel de navegación en barcos se utiliza un sistema similar al GPS llamado Loran-C. Se basa en un reloj atómico que tampoco se actualiza con los "leaps second" y por tanto tiene un desfase en la actualidad de 22 segundos pues comenzó a funcionar el día 1 de Enero de 1958. Los rusos tienen un Sistema Global de Posicionamiento propio y tienen otro reloj con otras escala de tiempo.
En resumen si tomamos como referencia el Tiempo Universal Coordinado, el tiempo local será el mismo añadiendo la zona horaria donde estemos y 1 o 2 horas según sea invierno o verano. Tiempo GPS = UTC + 13s. Tiempo Loran C = UTC + 22s. TAI = UTC + 32 s. El Tiempo de Efemérides, que podéis obtener para visualizar fenómenos mutuos de los satélites de Júpiter, etc. le tendréis que sumar 64 segundos para obtener el UTC. Si queréis saber el TDT ya sabéis que es el TAI + 32.184 s. etc.
A que está claro.
Hemos descrito numerosas escalas de tiempo. Quiero comentar una muy conocida en Astronomía. Está en muchos programas astronómicos de ordenador y es el llamado Día Juliano. En esencia consiste en contar los días correlativamente, sin tener en cuenta los meses o los años. Simplifica mucho los cálculos. Es muy fácil saber la diferencia de días entre dos sucesos pues no hay más que sumar o restar. Por otra parte nos evitamos las peculiaridades de los distintos calendarios existentes: juliano, gregoriano, musulmán, hebreo, así como los cambios de los calendarios con los consiguientes cambios de fechas. El cambio de calendario juliano a gregoriano se produjo por imperativo papal , pasando del día 4 de octubre de 1582 al 15 de Octubre de 1582. Esos días no existieron, con la consiguiente revuelta popular pues les habían quitado días de vida. Pero no se produjo en la misma fecha para todos los países. Los paises protestantes tardaron mucho en normalizarse y los rusos lo hicieron en el siglo XX. Por ejemplo, Sta Teresa de Jesús murió el 4 de octubre, las monjas de la congregación querían enterrarla lo antes posible para evitar que obtuvieran reliquias de su cuerpo y el obispo autorizó su funeral para el día siguiente el ¡15 de Octubre!; Cervantes y Shakespeare murieron la misma fecha pero no el mismo día; la revolución Rusa de Octubre de 1917, para ellos sucedió en Noviembre, etc.
El día Juliano comienza su cuenta el 1 de Enero del año 4713 antes de Cristo a las 12 del mediodía. Los días se van sucediendo correlativamente y en vez de horas y minutos son fracciones decimales de día. Por ejemplo el Día Juliano (JD) 2 451 605. equivale a las 12h del día 1 de Marzo del 2000. Habitualmente los Días Julianos se cuentan en Tiempo Universal, salvo que se especifique otra escala como TDT , TE etc.
Ocasionalmente se utiliza también el Día Juliano Modificado (DJM) que equivale al Día Juliano menos 2 400 000.5. De esta forma los números son mucho más cortos y comienza por la noche. El 0 DJM corresponde al 17 de Noviembre de 1858 a las 12 de la noche.
Hace poco celebramos es día 2.500.000 pero fue menos populista que el comienzo del Tercer Milienio. Muchos os preguntareis por el día de inicio tan raro. El Día Juliano fue introducido en 1581 por el erudito Jose Justo Scaliger o también escrito Giuseppe Soaligero en su libro "Opus novum de emendationes temporum". Intentó definir un tiempo preciso sin números negativos. Primero construyó su Periodo Juliano con una duración de 7980 años combinando tres ciclos: - ciclo de 28 años: las fechas de los días vuelven a coincidir con el día de la semana en el calendario vigente en aquella época (calendario Juliano).
- Ciclo Metónico: Las fases de la Luna y los eclipses coinciden aproximadamente en las mismas fechas. Equivale a 19 años.
- Ciclo de 15 años: Se usaba en la Roma Imperial para actualizar censos y tributos.
El año que coincidían los 3 ciclos era precisamente el 1 de Enero de 4713 a.C. Esa fecha pensó que era totalmente ficticia pues el mismo Jose Justo Scaliger y los científicos de su época pensaban en base a datos bíblicos e históricos que el mundo se creó el 3267 a.C.
Espero que cuando alguien os pregunte: ¿qué hora es?, le maticéis si le interesa la hora en Tiempo Local, Tiempo Civil, Tiempo Solar, Tiempo Solar Aparente, Tiempo Solar Medio, Tiempo Promedio Local, Tiempo Normal, , Tiempo del Meridiano de Greenwich, Tiempo Universal, Tiempo Universal 0, Tiempo Universal 1, Tiempo Universal 2, Tiempo Atómico, Tiempo Atómico Internacional, Tiempo de Efemérides, Tiempo Dinámico Terrestre, Tiempo Dinámico del Baricentro, Tiempo Terrestre, Tiempo Coordinado Geocéntrico, Tiempo Coordinado del Baricentro, Tiempo Mundial, Tiempo Z, Tiempo Zulú, Tiempo del GPS, Tiempo de Loran C, en Días Julianos o Días Julianos Modificados, o sencillamente en Tiempo Universal Coordinado matizando si es UTC(USNO), UTC(BIPM). De todas formas tener cuidado por si os responde que quiere saberlo en Tiempo Internet. Es el último invento (que conozca) en cuanto a escalas de tiempo.
El Tiempo Internet (TI) se ha creado recientemente para solucionar los problemas de las distintas horas entre los distintos países de los internautas. No puedes enviar un mensaje y que llegue 4 horas antes. Si quedáis con varios internautas para chatear, ¿qué hora pones como referencia.?. La casa Swatch, famosa marca de relojes Suizos ha propuesto dividir el día en 1000 fragmentos llamados "beats" (pulsos o compases). Cada beat equivale a 1 minuto 26.4 segundos de los clásicos, lo cual es suficiente para las actividades cotidianas. Cada Beat, se divide en 1000 milibeats para medidas más precisas. El Tiempo Internet evita las zonas horarias, pues en todo el mundo es la misma hora. Para sincronizar este nuevo Tiempo sus inventores no han utilizado el meridiano de Grenwicht sino el que pasa por la casa de Swatch , situada en la Calle Jacob_Staempfli, en la ciudad Suiza de Biel. La inauguración (mirar en el diccionario el significado de esta palabra) tuvo lugar el 23 de Octubre de 1998.
O sea que a partir de ahora, las reuniones de la Agrupación las realizaremos en el mismo sitio. Los viernes a las @875 beats de Swatch.
Después de haber visto tanta precisión y exactitud en la medida del tiempo tengo que recordar que el más utilizado habitualmente es el llamado "tiempo de cortesía" . El tiempo de cortesía equivale al UTC(BIMP) añadiéndole un tiempo variable (delta C) que oscila entre los 5 y los 10 minutos (@3 a @6 beats). Se utiliza este tiempo de cortesía antes de empezar una conferencia, asamblea, empezar a despotricar, etc. El Delta C del tiempo de cortesía se amplia hasta 20 o 30 minutos (@15-@20 beats) si hay niños pequeños.
FUENTE: http://www.astrosafor.net/Huygens/2003/40/Hora.htm
s2!
Ayer, como no podía dormir, me encontré este interesante documento largo como un día sin pan, pero que me leí entero y me pareció interesante postear.
Es un copy-paste. Intentad comer o hacer lo que tengais que hacer porque va para rato:
La pregunta ¿qué hora es? parece un tanto simple. Hasta un niño de corta edad la sabe contestar. Pero no es tan fácil. A lo largo de la historia se han utilizado métodos muy variopintos para saber la hora. La referencia del tiempo ha estado ligada a fenómenos astronómicos como el día, mes y año. La medición del tiempo va unida a los progresos astronómicos y científicos. Para comprender los problemas que ha planteado la medición del tiempo, vamos a seguir los pasos de la historia, desde métodos ancestrales hasta los actuales.
Al contrario que la distancia o el peso, el tiempo es difícil de definir. Los filósofos lo han intentado con escaso éxito. San Agustín comentaba que sabía lo que era el tiempo pero no era capaz de explicarlo. Quizá la definición más famosa la dió Aristóteles : "el tiempo es el movimiento dividido en partes y medido". Es una buena definición pero no del tiempo sino de su medición y sus consecuencias. No vamos a entrar en otros tiempos como el tiempo meteorológico ni el tiempo psicológico. Nos centraremos el tiempo horario y su referencia astronómica.
La medida del tiempo más natural es el día. La sucesión de luz y oscuridad, de trabajo y descanso, de actividad y reposo ha marcado el ciclo vital de los seres vivos incluido el ser humanos. En la vida cotidiana el día es la referencia obligada. El segundo gran ciclo temporal es el año, con la sucesión de las estaciones: frío, cosechas, calor, lluvias. No es tan preciso psicológicamente como el día pero igual de trascendente. Otro ciclo de menor importancia estaría basado en la Luna, iluminando las noches. Origina el ciclo mensual y su derivada, las semanas. En base a la Luna o el Sol se crearon los calendarios, dejando siempre como punto de partida el día. Para ciertas actividades el día es muy largo. Se precisa dividirlo en unidades más pequeñas: turnos de vigilancia en los campamentos de los ejércitos, discursos en los juicios, saber si puedo volver a casa sin quedarme en el camino, etc.
Durante el día el método más obvio era mirar al Sol. Según su situación calculaban cuanto día había trascurrido y cuanto faltaba para su puesta. Por la noche se servían de las constelaciones. Por la posición de las estrellas deducían el tiempo que faltaba para la salida del sol (¡Atención¡: La polar no estaba en el polo norte y la osa menor que actualmente es como un reloj, no era de utilidad). Estos dos métodos fallaban cuando estaba nublado o llovía. La precisión era escasa sobre todo por la noche.
A lo largo de la historia se han utilizado muchos sistemas de medida del tiempo. Los más destacados han sido los relojes de Sol o cuadrantes, las clepsidras, y posteriormente los relojes de arena y las velas. Entrada la Edad Media se empezaron a construir los relojes mecánicos basados en el péndulo. No es hasta este siglo cuando aparecen los dos tipos de relojes más precisos: los relojes de cuarzo y los atómicos.
Mirar el sol es muy peligroso. Es mucho mejor mirar su sombra. Si ponemos un palo y marcamos el recorrido de la sombra tenemos un primitivo pero útil reloj solar. (Fig. 1) En la salida y puesta del sol es difícil tomar medidas, pues la sombra es muy alargada, hay obstáculos naturales como montañas o árboles: Es más fácil calcular cuando el sol está en lo más alto, y su sombra es más pequeña. Ese es el momento del "medio día" y sirve de patrón para el resto de las horas. Parece ser que los primeros relojes de sol se utilizaron en China 2.600 antes de Cristo (a.C.). En occidente lo utilizaron todas las grandes civilizaciones: los egipcios y babilonios XV siglos a.C., posteriormente los griegos, romanos, visigodos, ...
Resulta curioso que un sistema tan complejo para nosotros, con divisiones de 12, 60, 360... haya perdurado tanto. Actualmente solo contamos por docenas los huevos, las ostras, y poco más. Todo lo demás es en base 10. Pero es una forma natural de contar. Hay pueblos en oriente que todavía utilizan este sistema. La base es incierta pero parece que el fundamento es la mano. Los pueblo primitivos utilizaban los dedos para contar. Si únicamente utilizamos los dedos, llegamos hasta el 10. Pero hay otra forma de contar basada en el pulgar de la mano derecha y las falanges de los dedos de la mando derecha. Con el pulgar se puede señalar la falange proximal dedo meñique, falange medial dedo meñique, falange distal dedo meñique, falange proximal dedo anular, etc y contamos 12 unidades con la mano derecha. Cuando acabamos, utilizamos un dedo de la mano izquierda y volvemos a empezar. Podemos señalar perfectamente 60 unidades con las manos. Hay otras teorías pero esa es bastante convincente.
Relojes de arena (Fig. 3) : Su origen es incierto, se dice que lo utilizaban los romanos mientras que otros opinan que lo inventó un monje francés en el siglo VIII. El mecanismo es de todos conocido: la gravedad hace caer arena desde un recipiente hermético a otro. Siempre tarda lo mismo en caer. Se construyeron conjuntos de relojes de arena que marcaban cuartos de hora, horas, 6 horas, etc. Incluso algunos que marcaban todo un día. El recipiente tiene que esta estanco, pues la humedad modifica mucho las propiedades y la precisión del sistema.
Durante la baja edad media la medición del tiempo estuvo dominada por la Iglesia y en concreto con la vida monacal. Se seguía utilizando el reloj de Sol como patrón de la medida del tiempo. El día se dividió en 7 horas canónicas. Los monjes tenían 7 momentos en la jornada, los siete momentos del oficio o los siete instantes de Dios divididas en horas mayores y menores. Horas canónicas mayores: maitines, laudes y vísperas. Las horas menores: prima, tercia, sexta y nona. De esta época nos quedan expresiones muy castizas como: el descanso que realizaban en la hora sexta (hora siesta), o bien cuando se retiraban a dormir a la hora nona, es decir "hacer nono" (os tengo que decir que esta expresión no la he encontrado en el diccionario de la R.A.E.L. ni en el diccionario Español-Inglés, pero a mi me enviaban a hacer nono de pequeño).
No solo se utilizaban las horas canónicas. Otro sistema de medida consistía en dividir el día en 4 partes o cuadrantes cada una de las cuales era de 6 horas. Cada hora se dividió en 4 puntos (15 minutos). Cada punto se dividió en 10 momentos (minuto y medio). Cada momento se dividía en 12 onzas (siete segundos y medio de nuestro reloj). Y cada onza a su vez constaba de 47 átomos. Los átomos duraban tan poco que no se podían dividir. Las campanas de las iglesias tocaban en cada transición de los cuadrantes de 6 horas.
A partir del siglo XIII en los monasterios italianos e ingleses se construyeron los primeros relojes mecánicos. Estaban destinados a hacer sonar las campanas de las torres de las iglesias. Los construían los herreros con hierro. Se les "daba cuerda" o bien se ponían pesas y funcionaban. Una especie de balancín regulaba el paso del tiempo, pero conforme iba gastándose la cuerda, funcionaba más despacio. Alcanzaron una precisión de 15-30 minutos al día. Se ajustaba diariamente al reloj solar. Eran relojes que no solo medían el tiempo sino que servían para el cálculo de eclipses, situación de los planetas, etc. Muchos de ellos tenían animaciones o efectos especiales como el canto de un gallo, figuras movibles, etc. (Fig. 4). Son los llamados relojes astronómicos que adornan algunas catedrales centroeuropeas como la de Praga o Munich.
En el siglo XV se perfeccionan los relojes. Se introduce la manecilla que marca la horas y se miniaturizan hasta el punto que se pueden trasportar. La hazaña la realizó un herrero alemán en 1505 llamado Peter Henlein y sus relojes se llamaron "relojes de saco" o "huevos de Nürenberg" por la forma y la localidad de construcción. Se llevaban en un saco y tenían una autonomía de 40 horas. La precisión era muy escasa. La legislación calvinista de la ciudad de Ginebra impedía a sus orfebres realizar "cruces, cálices y otros instrumentos" por lo que decidieron dedicarse a la creación de cajas para el mecanismo de los relojes. De ahí proviene la industria relojera suiza.
La gran revolución relojera la realizó un tal Christian Huygens (¿os suena?). Se basó en el péndulo. El péndulo es un sistema mecánico muy sencillo que bate con una frecuencia constante. Esta constancia la utilizó para servir de referencia a los relojes. Christian Huygens inventó el reloj de péndulo en 1657, alcanzando una exactitud de 1 minuto por semana. Fueron los primeros relojes capaces de contar los segundos. La energía de funcionamiento la proporcionaban unas pesas y el péndulo dejaba escapar un diente de una rueda cada vez que batía. Su invento se popularizó y por entonces apareció la segunda manecilla de los relojes que contaba los minutos. Queda establecido que los días tienen 24 horas, cada hora 60 minutos y cada minuto 60 segundos o sea que el día tiene 86400 segundos. Se acaban definitivamente las horas temporales y se hacen fijas, de la misma duración, independientemente de las horas de luz y de noche. La palabra minuto tiene su origen en el latín "prima minuta", la primera división pequeña, segundo viene de "secunda minuta", la segunda división pequeña.
A finales del siglo XVII se popularizaron los relojes de bolsillo llamados "cebollas". La energía de funcionamiento la proporcionaba un muelle-espiral. Para evitar el desgaste de los engranajes, Nicolas Faccio en 1704 utilizó rubies y zafiros, disminuyendo los errores por frotación y desgaste. De ahí que se decía que eran relojes de "17 rubies". Eran un objeto de lujo solo al alcance de los más pudientes. El pueblo seguía guiándose con las campanadas de la iglesia.
Hasta mitad del siglo XIX, la medición del tiempo se basa en los relojes solares. Cuando el Sol pasa justamente por una línea imaginaria Norte-Sur, o está en el punto más alto, eso es el meridiano. Se dice que es el mediodía en ese punto. Pero los relojes mecánicos se fueron haciendo cada más precisos y se observó que el Sol se adelantaba o se atrasaba al horario previsto. Los días no duraban 24 horas. El motivo es fácil de entender. La Tierra tiene una rotación constante (estamos en 1850). La órbita alrededor del Sol no es perfectamente circular, sino un poco elíptica. Esto significa que la velocidad de traslación no es perfectamente constante mientras que la rotación si lo es. Cuando está más cerca del Sol, se mueve más deprisa que cuando está más alejado. Si tomamos como referencia el paso del Sol por el meridiano observaremos que cuando la Tierra está más próxima (en enero) los días son más largos que cuando está más lejos (en julio). La diferencia es escasa pues entre el día más corto y el más largo no supera los 15 segundos. Lo que sucede es que se va acumulando esos escasos segundos y origina un desfase de hasta 15 minutos de atraso el 4 de noviembre y un adelanto de otro tanto el 10 de Febrero (Fig. 5).
El Tiempo normal sirve correctamente para una zona geográfica determinada. Como referencia de las zonas se tomó la longitud 0 Grados que pasa por el Antiguo Observatorio Real de Greenwich. A este tiempo se le denomina Tiempo del Meridiano de Greenwich (TMG) ( Fig. 8). A veces se le ha llamado Tiempo Medio de Greenwich. El TMG se mide en el sistema de 24 horas. Para ajustarlo a nuestro Tiempo Normal no hay más que añadir o restar las horas de diferencia. Por ejemplo, en EEUU hay que añadir 6-8 horas. Posteriormente, para aprovechar mejor las horas de sol, muchos países decidieron añadir 1 hora en invierno y 2 en verano: Tiempo Civil de invierno y Tiempo civil de verano.
En 1880 el reloj más preciso de entonces era el llamado Péndulo de Riefler. Este reloj, exclusivamente de carga eléctrica y escape libre, hermético, a presión constante, alcanzaba una precisión de algunas centésimas de segundo al día.
En 1920 la Union Internacional Astronómica (UIA o IAU) encargó al Bureau Internacional de l'Heure (BIH) la coordinación para determinar el tiempo así como la radiodifusión de las señales horarias. El Tiempo Universal (UT) fue introducido en el año 1926 reemplazando al Tiempo Medio de Greenwich (GMT).
En 1921 se introduce el sistema de reloj Short. Un péndulo principal que oscilaba libremente en una campana neumática, sin ninguna carga ni rozamiento. Este péndulo sincronizaba otro secundario, con lo que se conseguía una precisión del orden de milésimas de segundo al día. Con esta precisión las pequeñas variaciones debidas al movimiento de nutación de la Tierra (originado por la inclinación de la órbita de la Luna sobre una Tierra achatada) tuvieron que ser tenidas en cuenta para el cálculo de las efemérides (1933).
En 1929 la medida del tiempo dió un salto importante con la aparición de los relojes de cuarzo inventados por Warren Morrison. El isocronismo mecánico del péndulo se sustituía por las oscilaciones forzadas de un cristal piezoeléctrico, con una frecuencia de vibración de algunos megahercios. Al utilizarse este preciso instrumento se pudo comprobar que la Tierra era un mal reloj: Su velocidad de rotación variaba en algunos milisegundos dependiendo de las condiciones meteorológicas o de las estaciones. El segundo tomando como base la definición de ser 1/86.400 de un día solar medio empezaba a ser insuficiente. Presentaba variaciones de un año a otro, estaba influenciado por fenómenos atmosféricos y estacionales. Lo peor de todo, los cambios no eran predictibles y los relojes pasaron de ser corregidos por el giro de la Tierra a ser indicadores de la fase de rotación de nuestro planeta.
Uno de los "errores" que se detectó es la llamada migración del polo. El eje de rotación de la Tierra no está rigurosamente fijo. Tanto el Polo Norte como el Polo Sur describen sobre la superficie de la Tierra una línea irregular en forma de espiral con un giro completo en 14 meses. El movimiento es muy pequeño y todo lo más se desplaza 15 metros de la media ( si, habéis leído bien ¡15 metros!). Este movimiento irregular se debe a fenómenos sísmicos, erosión, fusión de los hielos, grandes tormentas o ciclones, masas de aire caliente o frío, etc. A esta curva se le denomina "polodia" (Fig 9).
Fig 9. Polodia. El Polo norte describe un movimiento sobre la superficie de la Tierra de escasos metros de amplitud. La curva es un elipsoide irregular con varios movimientos cíclicos.
La espiral corre en sentido contrario a las agujas del reloj, se alarga y encoge en un periodo de 7 años que a su vez puede resolverse en un periodo de 430 días (término de Chandler) con una amplitud máxima de una decena de metros y otro periodo anual con una amplitud máxima de 5 metros. Esta última se atribuye al desplazamiento de una masa de aire de unos 20 billones de toneladas de aire del hemisferio norte al sur por el cambio de las estaciones. Al cambiar el eje de giro de todo el planeta, lo que estamos haciendo es cambiar todas las coordenadas, desplazándose unos pocos metros. Ya vimos que hay que en nuestra latitudes 1 minuto de tiempo supone una rotación de la Tierra de 20.8 Km., 1 segundo corresponde a 345 metros, y 1milisegundo a 0.345 metros. Si nuestras coordenadas varían en, por ejemplo 2 metros, la incertidumbre en la medición del tiempo sería de 6 milisegundos. ¡Totalmente imperdonable!
Los cambios estacionales también inducen un cambio en el momento de inercia de la tierra y no solamente del cambio del eje de rotación. Toda la Tierra tiene una rotación variable. Sabemos el ejemplo de la bailarina, que cuando aproxima los brazos gira más deprisa o se enlentece si los separa. A la Tierra le pasa igual. Si hay muchas nubes o se acumula la nieve en las montañas, su momento de inercia y por tanto la duración del día cambia. Hasta los pantanos, hacen que el agua esté situada más alta y por tanto que disminuya la velocidad de giro terrestre. ( Con esto no quiero echarle la culpa a ningún político pasado). Esta curva estacional es bastante predecible y se puede calcular por una formula empírica aunque en realidad solo se puede saber a posteriori. El cambio por las estaciones oscila entre más / menos 0.03 segundos. En agosto los días son 2 milisegundos más cortos que en Febrero (Fig. 10).
Tiempo Universal 0 o UT 0: es el tiempo civil del meridiano de Greenwich (el ángulo horario más 12 horas respecto del sol medio), deducido de las observaciones astronómicas en un observador determinado y teniendo en cuenta la diferencia de longitud con Greenwich.
Tiempo Universal 1 o UT 1: se obtiene a partir de UT 0, añadiéndole las correcciones debidas al movimiento del polo que han sido deducidas de las observaciones apropiadas.
Tiempo Universal 2 o UT 2: se obtiene de UT 1, añadiéndole la corrección debida a la variación estacional de la velocidad de rotación, según su fórmula empírica.
Sin duda la más precisa sería UT2 pero en la practica se utiliza UT1.
Hasta hora hemos hablado del Sol y del movimiento de rotación de la Tierra. El Sol tiene un gran diámetro y brilla mucho. Hacer medidas del paso exacto del centro del Sol es muy complejo. Es mucho más fácil determinar cuando pasa una estrella por un meridiano. O bien cuando oculta la Luna una estrella. La medida puede ser muy precisa. Antiguamente se hacia por el método de ver y oír. Con un ojo se miraba con el ocular para ver el paso por el meridiano de una determinada estrella y con el otro se comparaba con un péndulo que batía segundos. La precisión del paso de la estrella alcanzaba ¼ segundo. (Fig. 11).
Para obviar estas dificultades, la X Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional, celebrada en 1958, decidió tomar como medida del tiempo otra base astronómica, y dejar que la Tierra gire libremente. La referencia astronómica que se tomó fue la del año trópico. El año es mucho más estable y no se modifica por los cambios terrestres descritos, de esta forma la rotación de la Tierra se independiza de la medición del tiempo. La definición de segundo fue: la fracción 1/31556925.9747 de la duración del año trópico. A este tiempo se le denomina "Tiempo de Efemérides". Poco después se matizó todavía más esta definición, concretando que el año de referencia es el año trópico que comenzó a las 12 horas del 31 de diciembre de 1899, en el instante en que la longitud media del Sol (geométrica, no afecta a la aberración atmosférica) referida al equinoccio medio era de 279 grados, 41 minutos y 48 con 04 segundos. Bueno creo que sobran las palabras para apreciar que la definición no fue muy exitosa. Entre otras cosas porque la medición del Sol es muy difícil. Esta definición se basa en las teorías de Newcomb del movimiento Solar. Los cálculos con la luna son más fáciles pues gira 13 veces más deprisa y la ocultación de las estrellas es muy nítida. Por otra parte como patrón tiempo, reproducible y analizable es casi imposible de utilizar.
Los movimientos de la Luna, los planetas, o satélites de los planetas tienen unas órbitas muy definidas y podemos calcular un evento concreto pasado o presente con mucha precisión. Una ocultación de un planeta o un satélite o un fenómeno mutuo sucederá independientemente de la hora que sea en nuestro planeta.
Después de todos estos precisos cálculos sobre la duración del día, había datos que no cuadraban. Al calcular los movimientos de los cuerpos del sistema solar, los errores eran manifiestos y cuanto más atrás en el tiempo el error era mayor. Los tránsitos de Mercurio o Venus por el Sol no coincidían exactamente. Las ocultaciones de estrellas por la Luna diferían de los cálculos previstos. Pero la prueba más clara sin duda son los eclipses totales de Sol. Dónde la historia describe claramente que hubo un eclipse total de Sol, los cálculos con un día constante no coincidían, y sitúan la franja terrestre eclipsada desplazada muchos kilómetros. O lo que es lo mismo varias horas fuera de tiempo. Los movimientos de la Luna y del Sol son lo suficiente exactos y precisos como para no incurrir en unas desviaciones tan notorias. Por otra parte, el efecto gravitatorio de la Luna sobre la Tierra provoca las mareas, lo cual tiende por una parte a frenar la rotación de la Tierra y por otra que se aleje la Luna (Fig. 13).
Fig. 13. Delta T histórico.
La diferencia entre el tiempo de efemérides y el Tiempo Universal se aprecia en esta gráfica. También está indicado la diferencia de la duración de los días.
Basado en estos hechos se puede calcular la diferencia entre el Tiempo de Efemérides y el Tiempo Universal. El resultado conjunto es que el día se alarga un promedio de 1.5 milisegundos por siglo. Un día de 1.900 duraba 1.5 milisegundos menos que un día del año 2.000. Aunque es poco para un día concreto, hay que tener en cuenta que se van sumando esos milisegundos y al cabo de una año, el retraso acumulado es de 365x1.5ms, o sea de medio segundo. Si nos remontamos a 1700 la diferencia es de varios minutos y si nos vamos a periodos de antes de Cristo la diferencia puede llegar a varias horas. Los días en la época de los dinosaurios duraban 22 horas de las nuestras y cada año tenía 400 días. En la siguiente gráfica está registrado el exceso de tiempo de los días de los años 1995-97La diferencia entre el tiempo de efemérides y el Tiempo Universal se aprecia en esta gráfica. También está indicado la diferencia de la duración de los días.
Esta diferencia entre el Tiempo de Efemérides y el Tiempo Universal se llama Delta T. En muchos centros de cálculo de efemérides, por ejemplo los fenómenos mutuos de los satélites de Júpiter, ocultaciones de estrellas por planetas o asteroides , nos indican el tiempo en Tiempo de Efemérides. Estos cálculos se pueden hacer con muchos años de antelación. Pero lo que no se puede predecir es el Delta T. Es decir como se comportará la rotación de nuestra Tierra. En 1996 había que añadir 62 segundos. A fecha de hoy, 2002, hay que añadir 64 segundos. El Tiempo de Efemérides y el Tiempo Universal coincidieron en 1902. En esa fecha delta T es igual 0.
El siguiente gran acontecimiento en la medida del tiempo sucede en 1948. Comienza la utilización del reloj atómico. Se basa en la resonancia en la transición entre dos niveles energéticos de un átomo. Un átomo tiene dos niveles energéticos muy definidos, si se le somete a una radiación de microondas de una frecuencia muy precisa, el salto de esos niveles energéticos se estabiliza. Se puede medir esa frecuencia con gran exactitud. Utilizando átomos de cesio a una frecuencia de 9192 MHz se alcanza una precisión de una parte en 10 elevado a 12, (los relojes de cuarzo alcanzan 1 parte entre mil millones, y los de péndulo 1 parte entre 1 millón). La precisión de los relojes atómicos actuales es equivalente a tener un error de 1 segundo en 100.000 años. Están diseñándose relojes que alcanzaran una precisión de medio segundo en 10.000 millones de años.
Con este nuevo instrumental, en 1967 la XII Conferencia General de Pesas y Medidas adoptó la siguiente definición del segundo: el Segundo Internacional (SI) es la duración de 9.192.631.770 periodos de la radiación debida a la transición entre dos niveles energéticos hiperfinos del estado fundamental del cesio 133. Entró en vigor el 1 de enero de 1972. Se definió de forma que el segundo fuera similar a las unidades empleadas anteriormente: Segundo del Tiempo de Efemérides y Segundo de Tiempo Solar Medio. A su vez en esa fecha (1-1-1972) empezó a contar la nueva escala de Tiempo Atómico Internacional (TAI) basada en la nueva definición de tiempo. Se definió el TAI de tal forma que se iguala al UT1 el 1 de Enero de 1958 .
El cambio fue trascendental. Por primera vez la medición del tiempo no estaba ligada a fenómenos astronómicos. La Tierra puede girar a su antojo sin las ataduras de marcar el tiempo. En cambio, se pierde poesía. Ya no es el movimiento dividido en partes y medido, sino 9 mil millones de periodos de radiación hiperfina, ....
El tiempo atómico se basa en los relojes atómicos. El Tiempo Atómico Internacional (TAI) es en realidad un promedio de muchos relojes atómicos. Unos 150 relojes distribuidos en 30 países diferentes. Cada país (civilizado) tiene un centro de metrología con sus sistemas de medición de tiempo basado en varios relojes atómicos. Así en EEUU se encarga United Stated Naval Observatory (USNO) de la medición del tiempo. Consta de 18 relojes atómicos, lo cuales se promedian para obtener el tiempo en EEUU. El promedio no es igual para todos los relojes sino que en función del reloj (precisión previa, modelo, antigüedad, ...), se le asigna un peso específico en el valor final. Cada país promedia sus relojes para obtener su Tiempo Atómico. El Bureau International de Poids y Mesures (BIPM) en Sevres, Francia es el encargado de promediar los distintos relojes de los distintos países para difundir el tiempo atómico a nivel mundial, que se difunde en diversos boletines e informes, los cuales sirven para ajustar los distintos Tiempos Atómicos Nacionales. La complejidad de estas operaciones debe ser enorme y muy especializada. Estamos hablando de precisión del orden de milmillonésimás de segundo. En esa fracción de tiempo la Luz recorre escasamente 30 centímetros. La velocidad de la luz es de 299.792.458 metros por segundo exactamente y digo exactamente por que el metro se ha definido en base al tiempo: 1 metro es la distancia que recorre la luz en 1/299.792.458 segundos. Si queremos ajustar dos relojes difícilmente podremos hacerlo por radio pues cambios de distancia del orden de centímetros son perceptibles. En ocasiones se ha llevado físicamente un reloj para compararlo con otro.
Esta precisión es tan grande que hace entrar en escena un factor ignorado hasta entonces: la relatividad general. Esta teoría cambia nuestro concepto de tiempo. Ya no es absoluto e independiente del observador. El tiempo empieza cuando empieza el universo. El tiempo es solo una dirección más en un conjunto cuadrimensional llamado espacio-tiempo. El tiempo varía según el campo gravitatorio y la velocidad. Observadores que se muevan con diferentes velocidades seguirán caminos diferentes en el espacio-tiempo y por tanto cada observador tiene su propia medida del tiempo a lo largo de su camino, y diferentes observadores medirán diferentes intervalos temporales entre sucesos. El tiempo se enlentece cuanto más deprisa se viaje o mayor sea el campo gravitatorio. Cuando viajamos en avión, a unos 1000 kilómetros por hora nuestro reloj va más despacio que si estuviéramos en Tierra, o lo que es lo mismo cuando aterrizamos hemos viajado no solo en el espacio sino también en el tiempo: ¡estamos en el futuro!. Pero tranquilos, solamente unas milmillonésimás de segundo ( bueno, con Iberia nunca se sabe). Así mismo el que vive en un ático su reloj va más despacio que si está en la primera planta, pero también en tiempos infinitésimos. Un astronauta que esté un año en órbita, su reloj tiene un retraso de una centésimas de segundo con respecto a otro que hubiese estado en la Tierra. Esto condujo a modificar la definición de Segundo añadiendo la coletilla "situado a nivel del mar". El campo gravitatorio también se modifica con la distancia de la Tierra en torno al Sol. Todo esto origina varias definiciones nuevas de tiempo y modificaciones de tiempos previos. Veamos.
En l977 la Asamblea General de IAU de Grenoble, Francia modificó el Tiempo de Efemérides y definió la escala de Tiempo Dinamico Terrestre (TDT) en referencia a la superficie terrestre tomando como referencia un Segundo Internacional en el instante del 1 de Enero de 1977. En un reloj atómico marcaría 1 de Enero de 1977, 0h, 0m 32.184 segundos. Esta diferencia de 32.184 segundos sirve para armonizar la diferencia entre el TAI y el ET, sirviendo para la continuidad de tiempo entre el ET y TDT. El TAI es un tiempo atómico con los errores posibles de los relojes atómicos mientras que el TDT es un tiempo idealizado uniforme basado en la gravitación y en los movimientos del Sol, Luna y demás componentes del sistema Solar. En teoría no debería haber diferencias entre un ideal y perfecto TAI y un ideal TDT. Por tanto el TDT = TAI + 32.184 segundos.
Si en vez de tomar como referencia la superficie Terrestre tomamos como referencia el baricentro (centro de masas) del sistema solar, obtenemos el llamado Tiempo Dinámico Baricentro (TDB). El TDB difiere como máximo 10 milisegundos del TDT.
La Asamblea de la IAU de 1991 en un intento de clarificar las relaciones espacio temporales consecuencia de la relatividad general, crea nuevas escalas de tiempo en función de la localización: Tiempo Terrestre (TT), Tiempo Coordinado Geocéntrico (TCG) y Tiempo Coordinado Baricéntrico (TCB).
- El Tiempo Terrestre (TT) se refiere a la Superficie Terrestre y es por tanto idéntico al TDT.
- El Tiempo Coordinado Geocéntrico TCG toma como referencia el centro de masas de la Tierra y difiere del TT por el distinto potencial gravitatorio. Se puede deducir por la siguiente ecuación: TCG-TT = Lg x (JD-2443144.5) x 86.400 segundos con Lg igual a 6.969291 e-10 y JD es el Día Juliano (lo veremos más tarde)
- El Tiempo Coordinado del Baricentro (TCG) es un tiempo coordinado que toma como referencia el baricentro (centro de masas) del sistema solar. Se relaciona con el Tiempo Dinámico del Baricentro: TCB - TDB = iLb x (JD-2443144.5) x 86.400 con Lb igual a 1.550505 e-08.
Esta claro que para la vida cotidiana no es importante, pero a nivel astronómico y astronáutico si lo es. En el lanzamiento de una nave, pongamos hacia Marte un mínimo error temporal puede desviar totalmente la trayectoria. La Tierra se traslada por el espacio a la velocidad de 30.000 metros por segundo. Si el despegue se produce una décima de segundo después, la Tierra está 3 Km. desplazada y por tanto la trayectoria totalmente diferente. La maniobra de aerofrenado en Marte tiene que ser exquisitamente precisa y no estar en función de cambios temporales. También cobra importancia en la medición de los pulsares. Sabemos que los pulsar son estrellas que giran a enorme velocidad, (en pocos milisegundos), emitiendo radiación con una frecuencia muy precisa y constante siempre que nuestra medición o corrección del tiempo esté bien hecha. De hecho, se utilizan un centenar de pulsares para determinar exactamente los movimientos de la Tierra. Actuan como un GPS natural.
Si habéis leído hasta aquí y habéis entendido los distintos tiempos, os podréis percatar de una incongruencia: El Tiempo atómico va por un lado y el giro de la Tierra va por otro. Un día ya no tiene 24 horas. En 1983 los días duraron un promedio de 24.00000063 horas. En 1986 duraron 24.00000034 horas. En realidad los días duraron exactamente 24 horas (86.400 SI) allá por 1820. En la Fig.14 vemos la duración media de los días de los años 1995-97. Si no se tomaran medidas al cabo de los siglos tendríamos un desfase importante entre los dos relojes. Sería parecido al desfase del calendario Juliano, que precisó una drástica reforma debido al mal computo de los años bisiestos.
El UTC se basa en el Tiempo Atómico Internacional (TAI) añadiendo un lapso entero de segundos. Hemos visto también que para obtener el TAI se tiene en cuenta muchos relojes atómicos de distintos países. Hasta que se coordinan estos relojes cada país tiene su propio UTC y en muchas ocasiones así lo indican. UTC (USNO) es el Tiempo Universal Coordinado dado por el United States Naval Observatory, el UTC (BIPM) es el dado por el Bureau International de Poids y Mesures, etc. Incluso en algunas publicaciones concretas especifican de que reloj atómico hacen referencia, así el UTC(USNO,MC#2) hace referencia al UTC del USNO proporcionado por el Máster Clock (reloj maestro 2).
El Bureau International de l'Heure (BIH) en coordinación con el Servicio Internacional de la Rotación Terrestre de Paris son los encargados de decidir cuando hay que añadir 1 segundo al UTC. El movimiento es irregular y va acumulando ligeras diferencias. Hay que tener en cuenta que el Segundo Internacional se basa en la duración del año 1900 que era más corto que el actual. Cuando la diferencia llega a 0.9 segundos se añade un segundo. Desde su instauración en 1972 hasta 1980 fue necesario restar al Tiempo Atómico 1 segundo cada año. Posteriormente la rotación se hizo más lenta y no fue anual. Estos segundos intercalados "leap seconds" hace que el último minuto tenga 61 segundos. Se añadió 1 segundo en enero 1990 y 91, julio de 1992, 93 y 94, enero 1996, julio 1997. El último segundo añadido fue el 31 de diciembre de 1999. No ha hecho falta añadir más segundos y tampoco esta previsto añadirlo al final del año 2002. Actualmente el desfase es de 32 segundos. Ver la Fig. 15.
A nivel de navegación en barcos se utiliza un sistema similar al GPS llamado Loran-C. Se basa en un reloj atómico que tampoco se actualiza con los "leaps second" y por tanto tiene un desfase en la actualidad de 22 segundos pues comenzó a funcionar el día 1 de Enero de 1958. Los rusos tienen un Sistema Global de Posicionamiento propio y tienen otro reloj con otras escala de tiempo.
En resumen si tomamos como referencia el Tiempo Universal Coordinado, el tiempo local será el mismo añadiendo la zona horaria donde estemos y 1 o 2 horas según sea invierno o verano. Tiempo GPS = UTC + 13s. Tiempo Loran C = UTC + 22s. TAI = UTC + 32 s. El Tiempo de Efemérides, que podéis obtener para visualizar fenómenos mutuos de los satélites de Júpiter, etc. le tendréis que sumar 64 segundos para obtener el UTC. Si queréis saber el TDT ya sabéis que es el TAI + 32.184 s. etc.
A que está claro.
Hemos descrito numerosas escalas de tiempo. Quiero comentar una muy conocida en Astronomía. Está en muchos programas astronómicos de ordenador y es el llamado Día Juliano. En esencia consiste en contar los días correlativamente, sin tener en cuenta los meses o los años. Simplifica mucho los cálculos. Es muy fácil saber la diferencia de días entre dos sucesos pues no hay más que sumar o restar. Por otra parte nos evitamos las peculiaridades de los distintos calendarios existentes: juliano, gregoriano, musulmán, hebreo, así como los cambios de los calendarios con los consiguientes cambios de fechas. El cambio de calendario juliano a gregoriano se produjo por imperativo papal , pasando del día 4 de octubre de 1582 al 15 de Octubre de 1582. Esos días no existieron, con la consiguiente revuelta popular pues les habían quitado días de vida. Pero no se produjo en la misma fecha para todos los países. Los paises protestantes tardaron mucho en normalizarse y los rusos lo hicieron en el siglo XX. Por ejemplo, Sta Teresa de Jesús murió el 4 de octubre, las monjas de la congregación querían enterrarla lo antes posible para evitar que obtuvieran reliquias de su cuerpo y el obispo autorizó su funeral para el día siguiente el ¡15 de Octubre!; Cervantes y Shakespeare murieron la misma fecha pero no el mismo día; la revolución Rusa de Octubre de 1917, para ellos sucedió en Noviembre, etc.
El día Juliano comienza su cuenta el 1 de Enero del año 4713 antes de Cristo a las 12 del mediodía. Los días se van sucediendo correlativamente y en vez de horas y minutos son fracciones decimales de día. Por ejemplo el Día Juliano (JD) 2 451 605. equivale a las 12h del día 1 de Marzo del 2000. Habitualmente los Días Julianos se cuentan en Tiempo Universal, salvo que se especifique otra escala como TDT , TE etc.
Ocasionalmente se utiliza también el Día Juliano Modificado (DJM) que equivale al Día Juliano menos 2 400 000.5. De esta forma los números son mucho más cortos y comienza por la noche. El 0 DJM corresponde al 17 de Noviembre de 1858 a las 12 de la noche.
Hace poco celebramos es día 2.500.000 pero fue menos populista que el comienzo del Tercer Milienio. Muchos os preguntareis por el día de inicio tan raro. El Día Juliano fue introducido en 1581 por el erudito Jose Justo Scaliger o también escrito Giuseppe Soaligero en su libro "Opus novum de emendationes temporum". Intentó definir un tiempo preciso sin números negativos. Primero construyó su Periodo Juliano con una duración de 7980 años combinando tres ciclos: - ciclo de 28 años: las fechas de los días vuelven a coincidir con el día de la semana en el calendario vigente en aquella época (calendario Juliano).
- Ciclo Metónico: Las fases de la Luna y los eclipses coinciden aproximadamente en las mismas fechas. Equivale a 19 años.
- Ciclo de 15 años: Se usaba en la Roma Imperial para actualizar censos y tributos.
El año que coincidían los 3 ciclos era precisamente el 1 de Enero de 4713 a.C. Esa fecha pensó que era totalmente ficticia pues el mismo Jose Justo Scaliger y los científicos de su época pensaban en base a datos bíblicos e históricos que el mundo se creó el 3267 a.C.
Espero que cuando alguien os pregunte: ¿qué hora es?, le maticéis si le interesa la hora en Tiempo Local, Tiempo Civil, Tiempo Solar, Tiempo Solar Aparente, Tiempo Solar Medio, Tiempo Promedio Local, Tiempo Normal, , Tiempo del Meridiano de Greenwich, Tiempo Universal, Tiempo Universal 0, Tiempo Universal 1, Tiempo Universal 2, Tiempo Atómico, Tiempo Atómico Internacional, Tiempo de Efemérides, Tiempo Dinámico Terrestre, Tiempo Dinámico del Baricentro, Tiempo Terrestre, Tiempo Coordinado Geocéntrico, Tiempo Coordinado del Baricentro, Tiempo Mundial, Tiempo Z, Tiempo Zulú, Tiempo del GPS, Tiempo de Loran C, en Días Julianos o Días Julianos Modificados, o sencillamente en Tiempo Universal Coordinado matizando si es UTC(USNO), UTC(BIPM). De todas formas tener cuidado por si os responde que quiere saberlo en Tiempo Internet. Es el último invento (que conozca) en cuanto a escalas de tiempo.
El Tiempo Internet (TI) se ha creado recientemente para solucionar los problemas de las distintas horas entre los distintos países de los internautas. No puedes enviar un mensaje y que llegue 4 horas antes. Si quedáis con varios internautas para chatear, ¿qué hora pones como referencia.?. La casa Swatch, famosa marca de relojes Suizos ha propuesto dividir el día en 1000 fragmentos llamados "beats" (pulsos o compases). Cada beat equivale a 1 minuto 26.4 segundos de los clásicos, lo cual es suficiente para las actividades cotidianas. Cada Beat, se divide en 1000 milibeats para medidas más precisas. El Tiempo Internet evita las zonas horarias, pues en todo el mundo es la misma hora. Para sincronizar este nuevo Tiempo sus inventores no han utilizado el meridiano de Grenwicht sino el que pasa por la casa de Swatch , situada en la Calle Jacob_Staempfli, en la ciudad Suiza de Biel. La inauguración (mirar en el diccionario el significado de esta palabra) tuvo lugar el 23 de Octubre de 1998.
O sea que a partir de ahora, las reuniones de la Agrupación las realizaremos en el mismo sitio. Los viernes a las @875 beats de Swatch.
Después de haber visto tanta precisión y exactitud en la medida del tiempo tengo que recordar que el más utilizado habitualmente es el llamado "tiempo de cortesía" . El tiempo de cortesía equivale al UTC(BIMP) añadiéndole un tiempo variable (delta C) que oscila entre los 5 y los 10 minutos (@3 a @6 beats). Se utiliza este tiempo de cortesía antes de empezar una conferencia, asamblea, empezar a despotricar, etc. El Delta C del tiempo de cortesía se amplia hasta 20 o 30 minutos (@15-@20 beats) si hay niños pequeños.
FUENTE: http://www.astrosafor.net/Huygens/2003/40/Hora.htm
s2!