Tiempo Atómico Internacional

El Tiempo Atómico Internacional ( TAI , por sus siglas en francés, temps atomique international ) ^{[ 1 ]} es un estándar de tiempo de coordenadas atómicas de alta precisión basado en el transcurso teórico del tiempo propio en el geoide terrestre . ^{[ 2 ]} El TAI es un promedio ponderado del tiempo mantenido por más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales en todo el mundo. ^{[ 3 ]} Es una escala de tiempo continua, sin segundos intercalares , y es la principal realización del Tiempo Terrestre (con un desfase fijo de época ). Es la base del Tiempo Universal Coordinado (UTC), que se utiliza para la medición del tiempo civil en toda la superficie terrestre y que tiene segundos intercalares.

UTC se desvía de TAI por varios segundos enteros. A partir del 6 de enero de 2026, UTC está exactamente 37 segundos por detrás de TAI; ^{[ 4 ]}Esto ha sido así desde el 1 de enero de 2017, 00:00:00 UTC, inmediatamente después de que se pusiera en vigor el segundo intercalar más reciente. ^{[ 5 ]} Los 37 segundos resultan de la diferencia inicial de 10 segundos a principios de 1972, más 27 segundos intercalares en UTC desde 1972. En 2022, la Conferencia General de Pesas y Medidas decidió abandonar el segundo intercalar para 2035 o antes, momento en el que la diferencia entre TAI y UTC permanecerá fija. ^{[ 6 ]}

El TAI se puede expresar utilizando métodos tradicionales para especificar los días, heredados de estándares de tiempo no uniformes basados ​​en la rotación de la Tierra. Específicamente, se utilizan tanto los días julianos como el calendario gregoriano . El TAI, en este formato, se sincronizó con el Tiempo Universal a principios de 1958, y desde entonces ambos se han desincronizado, debido principalmente a la desaceleración de la rotación de la Tierra.

TAI es un promedio ponderado del tiempo mantenido por más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales en todo el mundo. ^{[ 3 ]} La mayoría de los relojes involucrados son de cesio ; la definición del segundo del Sistema Internacional de Unidades (SI) se basa en el cesio . ^{[ 7 ]} Los relojes se comparan utilizando señales GPS y transferencia bidireccional de tiempo y frecuencia por satélite . ^{[ 8 ]} Debido al promedio de la señal, TAI es un orden de magnitud más estable que su mejor reloj constituyente.

Cada institución participante transmite en tiempo real una señal de frecuencia con códigos de tiempo , que representan su estimación de TAI. Los códigos de tiempo suelen publicarse en formato UTC, que difiere de TAI en un número entero de segundos bien conocido. Estas escalas de tiempo se denotan como UTC(NPL) , donde NPL identifica al Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido . El formato TAI se puede denotar como TAI(NPL) . Este último no debe confundirse con TA(NPL) , que denota una escala de tiempo atómica independiente, no sincronizada con TAI ni con ninguna otra.

Los relojes de las distintas instituciones se comparan periódicamente entre sí. La Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM, Francia) combina estas mediciones para calcular retrospectivamente el promedio ponderado que conforma la escala de tiempo más estable posible. ^{[ 3 ]} Esta escala de tiempo combinada se publica mensualmente en la "Circular T" ^{[ 9 ]} y es el TAI canónico . Esta escala de tiempo se expresa en forma de tablas de diferencias UTC  − UTC( k ) (igual a TAI  − TAI( k )) para cada institución participante k . La misma circular también proporciona tablas de TAI  − TA( k ), para las diversas escalas de tiempo atómicas no sincronizadas.

Los errores de publicación pueden corregirse mediante una revisión de la Circular T defectuosa o mediante erratas en una Circular T posterior. Aparte de esto, una vez publicada en la Circular T, la escala TAI no se revisa. En retrospectiva, es posible descubrir errores en la TAI y realizar mejores estimaciones de la verdadera escala de tiempo propia. Dado que las circulares publicadas son definitivas, las mejores estimaciones no crean otra versión de la TAI; en cambio, se considera que crean una mejor realización del Tiempo Terrestre (TT).

Las primeras escalas de tiempo atómicas consistían en relojes de cuarzo con frecuencias calibradas por un único reloj atómico; estos relojes no funcionaban de forma continua. Los servicios de cronometraje atómico comenzaron experimentalmente en 1955, utilizando el primer reloj atómico de cesio en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido (NPL) . Este se utilizó como base para calibrar los relojes de cuarzo del Real Observatorio de Greenwich y para establecer una escala de tiempo denominada Greenwich Atomic (GA). El Observatorio Naval de los Estados Unidos inició la escala A.1 el 13 de septiembre de 1956, utilizando un reloj atómico comercial Atomichron , seguida de la escala NBS-A en la Oficina Nacional de Estándares de Boulder, Colorado, el 9 de octubre de 1957. ^{[ 10 ]}

La Oficina Internacional de la Hora (BIH) inició una escala de tiempo, T _m o AM, en julio de 1955, utilizando tanto relojes de cesio locales como comparaciones con relojes distantes mediante la fase de señales de radio VLF . La escala BIH, A.1 y NBS-A se definieron por una época a principios de 1958. ^{[ a ]} ​​Los procedimientos utilizados por la BIH evolucionaron y el nombre de la escala de tiempo cambió: A3 en 1964 ^{[ 12 ]} y TA(BIH) en 1969. ^{[ 13 ]}

El segundo del SI se definió en términos del átomo de cesio en 1967. Entre 1971 y 1975, la Conferencia General de Pesas y Medidas y el Comité Internacional de Pesas y Medidas tomaron una serie de decisiones que designaron la escala de tiempo del BIPM como Tiempo Atómico Internacional (TAI). ^{[ 14 ]}

En la década de 1970, se hizo evidente que los relojes que participaban en TAI marcaban el tiempo a ritmos diferentes debido a la dilatación gravitacional del tiempo , y la escala TAI combinada, por lo tanto, correspondía a un promedio de las altitudes de los distintos relojes. A partir de la fecha juliana 2443144.5 (1 de enero de 1977, 00:00:00 TAI), se aplicaron correcciones a la salida de todos los relojes participantes, de modo que TAI correspondiera al tiempo propio en el geoide ( nivel medio del mar ). Dado que los relojes se encontraban, en promedio, muy por encima del nivel del mar, esto significó que TAI se ralentizó aproximadamente una parte en un billón. La antigua escala de tiempo sin corregir continúa publicándose bajo el nombre de EAL ( Échelle Atomique Libre , que significa Escala Atómica Libre ). ^{[ 15 ]}

El instante en que se empezó a aplicar la corrección gravitacional sirve como época para el Tiempo de Coordenadas Baricéntricas (TCB), el Tiempo de Coordenadas Geocéntricas (TCG) y el Tiempo Terrestre (TT), que representan tres escalas de tiempo fundamentales en el Sistema Solar . ^{[ 16 ]} Estas tres escalas de tiempo se definieron para que leyeran JD 2443144.5003725 (1 de enero de 1977 00:00:32.184) exactamente en ese instante. ^{[ b ]} TAI fue a partir de entonces una realización de TT, con la ecuación TT(TAI)  = TAI  + 32.184  s. ^{[ 17 ]}

La existencia continua de TAI fue cuestionada en una carta de 2007 del BIPM a la UIT-R, que afirmaba: "En caso de una redefinición de UTC sin segundos intercalares, el CCTF consideraría discutir la posibilidad de suprimir TAI, ya que permanecería paralelo al UTC continuo". ^{[ 18 ]}

A diferencia del TAI, el UTC es una escala de tiempo discontinua . Se ajusta ocasionalmente mediante segundos intercalares. Entre estos ajustes, se compone de segmentos que se corresponden con el tiempo atómico mediante un desfase constante. Desde su inicio en 1961 hasta diciembre de 1971, los ajustes se realizaron regularmente en fracciones de segundo intercalar, de modo que el UTC se aproximaba al UT2 . Posteriormente, estos ajustes se realizaron únicamente en segundos enteros para aproximarse al UT1 . Esta fue una solución de compromiso para permitir la difusión pública de una escala de tiempo. Los ajustes menos frecuentes en segundos enteros significaron que la escala de tiempo sería más estable y más fácil de sincronizar internacionalmente. El hecho de que continúe aproximándose al UT1 implica que tareas como la navegación , que requieren una fuente de Tiempo Universal, siguen beneficiándose de la difusión pública del UTC. ^{[ 19 ]}

• Sincronización de relojes
• Transferencia de tiempo y frecuencia

• Servicios técnicos del BIPM: Metrología del tiempo
• Sección de Tiempo y Frecuencia – Laboratorio Nacional de Física, Reino Unido 
• Sitio web de IERS
• Preguntas frecuentes sobre el reloj web del NIST
• Historia de las escalas de tiempo
• Reloj atómico de fuente de cesio NIST-F1
• "Peine de frecuencias ópticas para metrología y cronometraje" . Archivado del original el 25 de enero de 2009.
• Proyecto de hora estándar de Japón, NICT, Japón
• Servicios de Difusión del Tiempo (PDF) , Oficina Internacional de Pesos y Medidas, archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022.
• Definición del estándar de tiempo: UTC, GPS, LORAN y TAI