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Tiempo terrestre

El Tiempo Terrestre ( TT ) es un estándar de tiempo astronómico moderno definido por la Unión Astronómica Internacional , principalmente para mediciones de tiempo de observacion...

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El Tiempo Terrestre ( TT ) es un estándar de tiempo astronómico moderno definido por la Unión Astronómica Internacional , principalmente para mediciones de tiempo de observaciones astronómicas realizadas desde la superficie de la Tierra. [ a ] Por ejemplo, el Almanaque Astronómico utiliza TT para sus tablas de posiciones ( efemérides ) del Sol, la Luna y los planetas vistos desde la Tierra. En este sentido, TT continúa el Tiempo Dinámico Terrestre (TDT o TD), [ b ] que sucedió al tiempo de efemérides (ET) . TT comparte el propósito original para el que se diseñó ET, ser libre de las irregularidades en la rotación de la Tierra .

La unidad de TT es el segundo del SI , cuya definición se basa actualmente en el reloj atómico de cesio [ 3 ] , pero TT no está definido por los relojes atómicos. Es un ideal teórico, y los relojes reales solo pueden aproximarlo.

El TT es distinto de la escala de tiempo que se usa habitualmente como base para fines civiles, el Tiempo Universal Coordinado (UTC). El TT es indirectamente la base del UTC, a través del Tiempo Atómico Internacional (TAI). Debido a la diferencia histórica entre el TAI y el ET cuando se introdujo el TT, este último está 32,184 segundos adelantado con respecto al TAI.

Historia

La Unión Astronómica Internacional (IAU) adoptó en 1976, durante su XVI Asamblea General, la definición de un estándar de tiempo terrestre, al que posteriormente denominó Tiempo Dinámico Terrestre (TDT). Este estándar, basado en una escala de tiempo dinámica , era la contraparte del Tiempo Dinámico Baricéntrico (TDB), un estándar de tiempo para las efemérides del sistema solar . Sin embargo, ambos estándares resultaron estar definidos de forma imperfecta. Asimismo, surgieron dudas sobre el significado del término «dinámico» en la denominación TDT.

En 1991, en la Recomendación IV de la XXI Asamblea General, la IAU redefinió el TDT, renombrándolo también como "Tiempo Terrestre". El TT se definió formalmente en términos del Tiempo de Coordenadas Geocéntricas (TCG), definido por la IAU en la misma ocasión. El TT se definió como una escala lineal del TCG, de modo que la unidad del TT es el "segundo SI en el geoide ", [ 4 ] es decir, la tasa coincidía aproximadamente con la tasa del tiempo propio en la superficie terrestre al nivel medio del mar. Por lo tanto, la relación exacta entre el tiempo TT y el tiempo TCG era1−LGRAMO{\displaystyle 1-L_{\mathrm {G} }}, dóndeLGRAMO=UGRAMO/do2{\displaystyle L_{\mathrm {G} }=U_{\mathrm {G} }/c^{2}}era una constante yUGRAMO{\ Displaystyle U _ {\ mathrm {G}}}era el potencial gravitatorio en la superficie del geoide, un valor medido por la geodesia física . En 1991 la mejor estimación disponible deLGRAMO{\displaystyle L_{\mathrm {G} }}era6,969 291 × 10 −10 .

En 2000, la IAU modificó muy ligeramente la definición de TT al adoptar un valor exacto, L G =6,969 290 134 × 10 −10 . [ 5 ]

Definición actual

TT se diferencia del Tiempo de Coordenadas Geocéntricas (TCG) por una tasa constante. Formalmente se define mediante la ecuación

TT=(1−LGRAMO)×TdoGRAMO+mi,{\displaystyle \mathrm {TT} ={\bigl (}1-L_{\mathrm {G} }{\bigr )}\times \mathrm {TCG} +E,}

donde TT y TCG son recuentos lineales de segundos del SI en Tiempo Terrestre y Tiempo de Coordenadas Geocéntricas respectivamente,LGRAMO{\displaystyle L_{\mathrm {G} }}es la diferencia constante en las tasas de las dos escalas de tiempo, ymi{\displaystyle E}es una constante para resolver las épocas (ver más abajo).LGRAMO{\displaystyle L_{\mathrm {G} }}se define como exactamente6,969 290 134 × 10 −10 . Debido al término1−LGRAMO{\displaystyle 1-L_{\mathrm {G} }}La tasa de TT es ligeramente más lenta que la de TCG.

La ecuación que vincula TT y TCG más comúnmente tiene la forma dada por la IAU,

TT=TdoGRAMO−LGRAMO×(JDTdoGRAMO−2443144.5003725)×86400,{\displaystyle \mathrm {TT} =\mathrm {TCG} -L_{\mathrm {G} }\times {\bigl (}\mathrm {JD_{TCG}} -2443144.5003725{\bigr )}\times 86400,}

dóndeJDTdoGRAMO{\displaystyle \mathrm {JD_ {TCG}}}es el tiempo TCG expresado como una fecha juliana (JD) . La fecha juliana es una transformación lineal del conteo bruto de segundos representado por la variable TCG, por lo que esta forma de la ecuación no está simplificada . El uso de una fecha juliana especifica la época completamente. La ecuación anterior a menudo se da con la fecha juliana 2443 144.5 para la época, pero eso es inexacto (aunque de forma imperceptible, debido al pequeño tamaño del multiplicador).LGRAMO{\displaystyle L_{\mathrm {G} }}). El valor 2443 144.500 3725 está exactamente de acuerdo con la definición.

Las coordenadas de tiempo en las escalas TT y TCG se especifican convencionalmente utilizando los medios tradicionales para especificar los días, heredados de estándares de tiempo no uniformes basados ​​en la rotación de la Tierra. Específicamente, se utilizan tanto las fechas julianas como el calendario gregoriano . Para mantener la continuidad con su predecesor, el Tiempo de Efemérides (ET), TT y TCG se establecieron para coincidir con ET alrededor de la fecha juliana 2443 144.5 (1977-01-01T00Z). Más precisamente, se definió que el instante TT 1977-01-01T00:00:32.184 y el instante TCG 1977-01-01T00:00:32.184 corresponden exactamente al instante del Tiempo Atómico Internacional (TAI) 1977-01-01T00:00:00.000. Este es también el instante en el que TAI introdujo correcciones para la dilatación del tiempo gravitacional .

TT y TCG expresados ​​como fechas julianas pueden relacionarse de forma precisa y muy sencilla mediante la ecuación

JDTT=miJD+(JDTdoGRAMO−miJD)×(1−LGRAMO),{\displaystyle \mathrm {JD_{TT}} =E_{\mathrm {JD} }+{\bigl (}\mathrm {JD_{TCG}} -E_{\mathrm {JD} }{\bigr )}\times {\bigl (}1-L_{\mathrm {G} }{\bigr )},}

dóndemiJD{\ Displaystyle E _ {\ mathrm {JD}}}es 2443 144.500 3725 exactamente.

Realizaciones

TT es un ideal teórico, independiente de una realización particular. Para su uso práctico, es necesario medir relojes físicos y procesar sus lecturas para estimar TT. Un cálculo de desfase simple es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, pero en aplicaciones exigentes, puede ser necesario un modelado detallado de la física relativista y las incertidumbres de medición. [ 6 ]

TAI

La principal realización de TT la proporciona TAI. El servicio TAI del BIPM , que se realiza desde 1958, estima TT utilizando mediciones de un conjunto de relojes atómicos distribuidos por la superficie y el espacio orbital bajo de la Tierra. TAI se define canónicamente de forma retrospectiva, en boletines mensuales, en relación con las lecturas mostradas por ese grupo particular de relojes atómicos en ese momento. Las instituciones que operan los relojes participantes también proporcionan estimaciones de TAI en tiempo real. Debido a la diferencia histórica entre TAI y ET cuando se introdujo TT, la realización de TT de TAI se define así: [ 7 ]

TT(TAI)=TAI+32.184 s.{\displaystyle \mathrm {TT(TAI)=TAI+32,184~s} .}

El desfase de 32,184  s proviene de la historia. La escala de tiempo atómico A1 (predecesora de TAI) se estableció igual a UT2 en su fecha de inicio convencional del 1 de enero de 1958, [ 8 ] cuando ΔT (ET − UT) era de aproximadamente 32 segundos. El desfase de 32,184 segundos fue la estimación de 1976 de la diferencia entre el Tiempo de Efemérides (ET) y TAI, "para brindar continuidad con los valores y la práctica actuales en el uso del Tiempo de Efemérides". [ 9 ]

TAI nunca se revisa una vez publicado y TT(TAI) tiene pequeños errores relativos a TT(BIPM), [ 6 ] del orden de 10-50 microsegundos. [ 10 ]

La escala de tiempo GPS tiene una diferencia nominal con respecto al tiempo atómico (TAI − tiempo GPS = +19 segundos) [ 11 ] , de modo que TT ≈ tiempo GPS + 51,184 segundos . Esta realización introduce un error adicional de hasta un microsegundo, ya que la señal GPS no está sincronizada con precisión con TAI, pero los dispositivos receptores GPS están ampliamente disponibles [ 12 ] .

TT(BIPM)

Aproximadamente anualmente desde 1992, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas ( BIPM ) ha producido mejores realizaciones de TT basadas en el reanálisis de datos históricos de TAI. Las realizaciones de TT del BIPM se denominan "TT(BIPM08)", donde los dígitos indican el año de publicación. Se publican en forma de una tabla de diferencias con respecto a TT(TAI), junto con una ecuación de extrapolación que puede utilizarse para fechas posteriores a las de la tabla. La más reciente es de julio de 2024. es TT(BIPM23). [ 13 ]

Pulsars

Investigadores de la colaboración International Pulsar Timing Array han creado una realización TT(IPTA16) de TT basada en observaciones de un conjunto de púlsares hasta 2012. Esta nueva escala de tiempo de púlsares es un método independiente para calcular TT. Los investigadores observaron que su escala se encontraba dentro de 0,5 microsegundos de TT(BIPM17), con errores significativamente menores desde 2003. Los datos utilizados fueron insuficientes para analizar la estabilidad a largo plazo y contenían varias anomalías, pero a medida que se recopilen y analicen más datos, esta realización podría ser útil para identificar defectos en TAI y TT(BIPM). [ 14 ]

Otros estándares

TT es, en efecto, una continuación de (pero es más uniforme que) el antiguo Tiempo de Efemérides (ET). Fue diseñado para mantener la continuidad con ET, [ 15 ] [ 16 ] y funciona a la velocidad del segundo del SI, que a su vez se derivó de una calibración utilizando el segundo de ET (véase, en Tiempo de Efemérides, Redefinición del segundo e Implementaciones ). El argumento de tiempo de efemérides del JPL T eph está a pocos milisegundos de TT.

TT está ligeramente adelantado con respecto a UT1 (una medida refinada del tiempo solar medio en Greenwich) en una cantidad conocida como ΔT = TT − UT1. ΔT se midió en +67,6439 segundos (TT adelantado con respecto a UT1) a las 0 h  UTC del 1 de enero de  2015; [ 17 ] y mediante cálculo retrospectivo, ΔT era cercano a cero alrededor del año 1900. Se espera que ΔT continúe aumentando, y que UT1 se retrase cada vez más (aunque de forma irregular) con respecto a TT en el futuro. En detalle, ΔT es algo impredecible, y las extrapolaciones de 10 años divergen en 2-3 segundos del valor real. [ 18 ]

Relaciones relativistas

Los observadores situados en diferentes lugares, que se encuentran en movimiento relativo o a diferentes altitudes, pueden discrepar sobre la sincronización de sus relojes debido a los efectos descritos por la teoría de la relatividad . Como resultado, el tiempo TT (incluso como ideal teórico) no coincide con el tiempo propio de todos los observadores.

En términos relativistas, TT se describe como el tiempo propio de un reloj situado en el geoide (esencialmente el nivel medio del mar ). [ 19 ] Sin embargo, [ 20 ] TT ahora se define como una escala de tiempo de coordenadas . [ 21 ] La redefinición no cambió cuantitativamente TT, sino que hizo más precisa la definición existente. En efecto, definió el geoide (nivel medio del mar) en términos de un nivel particular de dilatación del tiempo gravitacional en relación con un observador hipotético situado a una altitud infinitamente alta.

La definición actual de TT es una escala lineal del Tiempo de Coordenadas Geocéntricas (TCG), que es el tiempo propio de un observador hipotético situado a una distancia infinita (por lo que no se ve afectado por la dilatación del tiempo gravitacional) y en reposo con respecto a la Tierra. El TCG se utiliza hasta la fecha principalmente con fines teóricos en astronomía. Desde el punto de vista de un observador en la superficie terrestre, el segundo del TCG transcurre en un tiempo ligeramente inferior al segundo del Sistema Internacional de Unidades (SI) del observador. La comparación del reloj del observador con el TT depende de su altitud: coincidirán en el geoide, y los relojes a mayor altitud marcan el tiempo ligeramente más rápido.

Véase también

Notas

  1. ↑ La definición de 1991 se refiere a la escala que coincide con el segundo del SI "en el geoide", es decir, cerca del nivel medio del mar en la superficie terrestre. [ 1 ] Una redefinición mediante resolución de la 24.ª Asamblea General de la IAU de 2000 (Manchester) , en la Resolución B1.9, tiene como objetivo, en términos diferentes, la continuidad y acercarse mucho al mismo estándar.
  2. ↑ TT es equivalente a TDT. [ 2 ]

Referencias

  1. ↑ "Resoluciones de la XXI Asamblea General de la IAU de 1991 (Buenos Aires)" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 30 de abril de 2013., Resolución A.4 (Recomendación IV)
  2. ↑ Conferencia de la IAU de 1991, Resolución A4, recomendación IV, nota 4
  3. ↑ La resolución A4, recomendación IV, parte 2 de la conferencia de la IAU de 1991 establece que la unidad para el TT debe coincidir con el segundo del SI "en el geoide".
  4. ^ "RECOMENDACIÓN IV de la IAU (1991)" . IERS .
  5. ↑ "Resolución B1.9 de la XXIV Asamblea General de la IAU, 2000" .
  6. 1 2 Guinot, B. (1 de marzo de 1988). "Escalas de tiempo atómicas para estudios de púlsares y otras aplicaciones exigentes" . Astronomía y Astrofísica . 192 ( 1–2 ): 370–373 . Bibcode : 1988A & A...192..370G . ISSN 0004-6361 . 
  7. ↑ Conferencia de la IAU de 1991, Resolución A4, recomendación IV, nota 9.
  8. ↑ Essen, L. (1968). "Escalas de tiempo" (PDF) . Metrología . 4 : 161-165 , en 163.
  9. ↑ Comisión 4 de la IAU (Efemérides), Recomendaciones a la Asamblea General de la IAU de 1976, Notas sobre la Recomendación 5, nota 2
  10. ↑ "TT(BIPM22)" . Consultado el 14 de diciembre de 2023 .
  11. ↑ Steve Allen. "Escalas de tiempo" . Observatorio Lick . Consultado el 13 de agosto de 2017 .
  12. ↑ "Hora GPS con precisión de 100 nanosegundos" . Galleon. Archivado del original el 14 de mayo de 2012. Consultado el 12 de octubre de 2012 .
  13. ↑ "Índice de /ftp/pub/tai/ttbipm" . webtai.bipm.org . Consultado el 8 de julio de 2024 .
  14. ↑ Hobbs, G.; Guo, L.; Caballero, RN; Coles, W.; Lee, KJ; Manchester, RN; Reardon, DJ; Matsakis, D.; Tong, ML; Arzoumanian, Z.; Bailes, M.; Bassa, CG; Bhat, ND R.; Brazier, A.; Burke-Spolaor, S.; Champion, DJ; Chatterjee, S.; Cognard, I.; Dai, S.; Desvignes, G.; Dolch, T.; Ferdman, RD; Graikou, E.; Guillemot, L.; Janssen, GH; Keith, MJ; Kerr, M.; Kramer, M.; Lam, MT; et al. (2020). "Una escala de tiempo basada en púlsares del International Pulsar Timing Array" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 491 (4): 5951– 5965. arXiv : 1910.13628 . Bibcode : 2020MNRAS.491.5951H . doi : 10.1093/mnras/stz3071 . S2CID 204961320 .  
  15. ↑ Seidelmann, PK, ed. (1992). Suplemento explicativo del Almanaque Astronómico . pág. 42. 
  16. ↑ Comisión 4 de la IAU (Efemérides), Recomendaciones a la Asamblea General de la IAU de 1976, Notas sobre la Recomendación 5, nota 2.
  17. ↑ Archivo de datos del Observatorio Naval de EE. UU. ( USNO ) disponible en línea en https://web.archive.org/web/20190808224315/http://maia.usno.navy.mil:80/ser7/deltat.data (consultado el 27 de octubre de 2015) .
  18. ↑ "Delta T: pasado, presente y futuro" . El Almanaque Astronómico en línea . 2020. Archivado del original el 18 de septiembre de 2022.
  19. ↑ Por ejemplo, la Comisión 4 de la IAU (Efemérides), Recomendaciones a la Asamblea General de la IAU de 1976, Notas sobre la Recomendación 5, nota 1, así como otras fuentes, indican la escala de tiempo para las efemérides geocéntricas aparentes como un tiempo propio.
  20. ↑ Guinot, B (1986). "¿Es el Tiempo Atómico Internacional un Tiempo Coordenado o un Tiempo Propio?" . Mecánica Celestial . 38 : 155– 161.
  21. ↑ La Asamblea General de la IAU de 1991, Resolución A4, Recomendaciones III y IV, definen TCB y TCG como escalas de tiempo de coordenadas, y TT como una escala lineal de TCG, por lo tanto también un tiempo de coordenadas.
  • Servicios técnicos del BIPM: Metrología del tiempo
  • Tiempo y frecuencia de la A a la Z
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