En el cronometraje preciso , Δ T ( Delta T , delta- T , delta T o D T ) es una medida del efecto acumulativo de la desviación del período de rotación de la Tierra del día de duración fija del tiempo atómico (86.400 segundos). Formalmente, Δ T es la diferencia de tiempo Δ T = TT - UT entre el Tiempo Universal (UT, definido por la rotación de la Tierra) y el Tiempo Terrestre(TT, independiente de la rotación de la Tierra). El valor de ΔT a principios de 1902 era aproximadamente cero; para 2002 fue de unos 64 segundos. Entonces, las rotaciones de la Tierra durante ese siglo tomaron alrededor de 64 segundos más de lo que se requerirían para los días de tiempo atómico. Además de esta deriva a largo plazo en la duración del día, existen fluctuaciones a corto plazo en la duración del día ( Δ τ ) que se tratan por separado.
Cálculo
La velocidad de rotación de la Tierra es ν =1/2π dθ/dt, y un día corresponde a un período P = 1/ν. Una aceleración rotacionaldν/dt da una tasa de cambio del período de dP/dt = - 1/ν 2 dν/dt, que generalmente se expresa como α = ν dP/dt = - 1/ν dν/dt. Esto tiene unidades de 1 / tiempo, y comúnmente se cotiza como milisegundos por día por siglo (escrito como ms / día / cy, entendido como (ms / día) / cy). La integración de α da una expresión de Δ T frente al tiempo.
Tiempo Universal
El Tiempo Universal es una escala de tiempo basada en la rotación de la Tierra , que es algo irregular en períodos cortos (días hasta un siglo), por lo que cualquier tiempo basado en él no puede tener una precisión mejor que 1 en 108 . Sin embargo, se ha observado un efecto mayor y más consistente durante muchos siglos: la velocidad de rotación de la Tierra se está desacelerando inexorablemente. Este cambio observado en la tasa de rotación es atribuible a dos fuerzas primarias, una decreciente y otra que aumenta la tasa de rotación de la Tierra. A largo plazo, la fuerza dominante es fricción de las mareas , que se desacelera la velocidad de rotación, lo que contribuye sobre α = 2,3 ms / día / cy odP/dt= +2,3 ms / cy, que es igual al cambio fraccional muy pequeño+7,3 × 10 −13 días / día. Se cree que la fuerza más importante que actúa en la dirección opuesta, para acelerar la velocidad, es el resultado del derretimiento de las capas de hielo continentales al final del último período glacial . Esto eliminó su tremendo peso, permitiendo que la tierra debajo de ellos comenzara a rebotar hacia arriba en las regiones polares, un efecto que todavía ocurre hoy y continuará hasta que se alcance el equilibrio isostático. Este " rebote post-glacial " acerca la masa al eje de rotación de la Tierra, lo que hace que la Tierra gire más rápido, de acuerdo con la ley de conservación del momento angular , similar a un patinador sobre hielo tirando de sus brazos para girar más rápido. Los modelos estiman que este efecto contribuye aproximadamente a −0,6 ms / día / año. Combinando estos dos efectos, la aceleración neta (en realidad una desaceleración) de la rotación de la Tierra, o el cambio en la duración del día solar medio (LOD), es de +1,7 ms / día / cy o +62 s / cy 2 o +46,5 ns / día 2 . Esto coincide con la tasa promedio derivada de los registros astronómicos durante los últimos 27 siglos. [3]
Tiempo terrestre
El Tiempo Terrestre es una escala de tiempo teórica uniforme, definida para proporcionar continuidad con el antiguo Tiempo de Efemérides (ET). ET fue una variable de tiempo independiente, propuesta (y su adopción acordada) en el período 1948-1952 [4] con la intención de formar una escala de tiempo gravitacionalmente uniforme en la medida de lo posible en ese momento, y dependiendo para su definición de Simon Las tablas del sol de Newcomb (1895), interpretadas de una manera nueva para acomodar ciertas discrepancias observadas. [5] Las tablas de Newcomb formaron la base de todas las efemérides astronómicas del Sol desde 1900 hasta 1983: originalmente se expresaron (y publicaron) en términos de la Hora Media de Greenwich y el día solar medio, [6] [7] pero más tarde, en con respecto al período 1960-1983, fueron tratados como expresados en términos de ET, [8] de acuerdo con la propuesta ET adoptada de 1948-1952. ET, a su vez, puede verse ahora (a la luz de los resultados modernos) [9] como cerca del tiempo solar medio promedio entre 1750 y 1890 (centrado en 1820), porque ese fue el período durante el cual las observaciones en las que las tablas de Newcomb se basaron se realizaron. Si bien TT es estrictamente uniforme (basado en el segundo SI , cada segundo es lo mismo que cada segundo), en la práctica lo realiza el Tiempo Atómico Internacional (TAI) con una precisión de aproximadamente 1 parte en 10 14 .
Tasa de rotación de la Tierra
La tasa de rotación de la Tierra debe integrarse para obtener el tiempo, que es la posición angular de la Tierra (específicamente, la orientación del meridiano de Greenwich con respecto al sol medio ficticio ). Integrando +1,7 ms / d / cy y centrando la parábola resultante en el año 1820 se obtiene (en una primera aproximación) 32 × (año - 1820/100)2
- 20 segundos para Δ T . [10] [11] Las mediciones históricas suavizadas de Δ T usando eclipses solares totales son aproximadamente +17190 s en el año −500 (501 aC ), +10580 s en 0 (1 aC), +5710 s en 500, +1570 s en 1000, y +200 s en 1500. Después de la invención del telescopio, las mediciones se realizaron mediante la observación de ocultaciones de estrellas por la luna , lo que permitió el cálculo de los valores más estrechamente espaciados y precisa de Δ T . Δ T continuó disminuyendo hasta que alcanzó una meseta de +11 ± 6 s entre 1680 y 1866. Durante aproximadamente tres décadas inmediatamente antes de 1902 fue negativo, alcanzando −6,64 s. Luego aumentó a +63,83 s en enero de 2000 y +68,97 s en enero de 2018 [12] y +69,361 s en enero de 2020, después de incluso una ligera disminución de 69,358 s en julio de 2019 a 69,338 s en septiembre y octubre de 2019 y una nueva aumentará en noviembre y diciembre de 2019. Esto requerirá la adición de un número cada vez mayor de segundos intercalares a UTC siempre que UTC rastree UT1 con ajustes de un segundo. (El segundo SI como ahora se usa para UTC, cuando se adoptó, ya era un poco más corto que el valor actual del segundo del tiempo solar medio. [13] ) Físicamente, el meridiano de Greenwich en el Tiempo Universal está casi siempre al este de el meridiano en el tiempo terrestre, tanto en el pasado como en el futuro. +17190 so alrededor de 4+3 ⁄ 4 h corresponde a 71,625 ° E. Esto significa que en el año -500 (501 a . C. ), la rotación más rápida de la Tierra provocaría un eclipse solar total a 71,625 ° al este de la ubicación calculada utilizando el TT uniforme.
Valores anteriores a 1955
Todos los valores de Δ T antes de 1955 dependen de las observaciones de la Luna, ya sea a través de eclipses u ocultaciones. El momento angular perdido por la Tierra debido a la fricción inducida por el efecto de marea de la Luna se transfiere a la Luna, aumentando su momento angular, lo que significa que su brazo de momento (aproximadamente su distancia de la Tierra, es decir, precisamente el eje semi-mayor de la La órbita de la Luna) aumenta (por el momento aproximadamente +3,8 cm / año), lo que a través de las leyes de movimiento planetario de Kepler hace que la Luna gire alrededor de la Tierra a un ritmo más lento. Los valores citados de Δ T asumen que la aceleración lunar (en realidad una desaceleración, que es una aceleración negativa) debido a este efecto esd n/dt= −26 ″ / cy 2 , donde n es el movimiento angular sideral medio de la Luna. Esto está cerca de la mejor estimación parad n/dta partir de 2002 de −25,858 ± 0,003 ″ / cy 2 , [14] por lo que no es necesario volver a calcular Δ T dadas las incertidumbres y el suavizado aplicados a sus valores actuales. Hoy en día, UT es la orientación observada de la Tierra relativa a un marco de referencia inercial formado por fuentes de radio extragalácticas, modificado por una relación adoptada entre el tiempo sideral y el tiempo solar. Su medición por varios observatorios está coordinada por el Servicio Internacional de Sistemas de Referencia y Rotación de la Tierra (IERS).
Evidencia geológica
Las tasas de desaceleración de las mareas han variado a lo largo de la historia del sistema Tierra-Luna. El análisis de las capas en conchas de moluscos fósiles de hace 70 millones de años, en el período Cretácico tardío, muestra que había 372 días al año y, por lo tanto, el día tenía alrededor de 23,5 horas en ese entonces. [15] [16] Basado en estudios geológicos de ritmitas de marea , el día tenía 21,9 ± 0,4 horas de duración hace 620 millones de años y había 13,1 ± 0,1 meses / año sinódicos y 400 ± 7 días solares / año. La tasa de recesión promedio de la Luna entre entonces y ahora ha sido de 2,17 ± 0,31 cm / año, que es aproximadamente la mitad de la tasa actual. La alta tasa actual puede deberse a una resonancia cercana entre las frecuencias naturales del océano y las frecuencias de las mareas. [17]
Notas
- ^ Centro de predicción / servicio rápido IERS (c. 1986). Histórico Delta T y LOD . Fuente atribuida a McCarthy y Babcock (1986). Consultado en diciembre de 2009.
- ^ Centro de predicción / servicio rápido IERS. Determinaciones mensuales de Delta T . Consultado en mayo de 2018.
- ^ McCarthy y Seidelmann 2009, 88–89.
- ^ Suplemento explicativo de las efemérides astronómicas y las efemérides americanas y el almanaque náutico , oficinas de almanaque náutico del Reino Unido y Estados Unidos (1961), págs. 9 y 71.
- ↑ Véase la propuesta de GM Clemence de 1948, contenida en su artículo: " Sobre el sistema de constantes astronómicas ", Astronomical Journal (1948) vol.53 (6), número 1170, págs. 169-179; también GM Clemence (1971), " El concepto de tiempo de efemérides ", en Journal for the History of Astronomy v2 (1971), págs. 73-79 (dando detalles de la génesis y adopción de la propuesta de tiempo de efemérides); también artículo Efemérides tiempo y referencias en el mismo.
- ↑ Newcomb's Tables of the Sun (Washington, 1895), Introducción, I.Base de las tablas, págs.9 y 20, citando unidades de tiempo del mediodía de Greenwich, el tiempo medio de Greenwich y el día solar medio.
- ^ W de Sitter, en la p. 38 del Boletín de los Institutos Astronómicos de los Países Bajos , v4 (1927), págs. 21–38, " Sobre las aceleraciones seculares y las fluctuaciones de la luna, el sol, Mercurio y Venus ", que se refiere al "tiempo astronómico ', dado por la rotación de la tierra, y utilizado en todos los cálculos astronómicos prácticos ", y afirma que" difiere del tiempo' uniforme 'o' newtoniano '".
- ^ Ver p. 612 en Suplemento explicativo del Almanaque astronómico , ed. PK Seidelmann, 1992, confirmando la introducción de ET en la edición de 1960 de las efemérides.
- ^ Ver especialmente FR Stephenson (1997) y Stephenson & Morrison (1995), libro y artículos citados a continuación.
- ^ Una parábola similar se traza en la p. 54 de McCarthy y Seidelmann (2009).
- ^ https://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEhelp/deltat2004.html
- ^ "Delta T a largo plazo - Portal de oceanografía naval" . C. 2018 . Consultado el 29 de septiembre de 2018 .
- ↑ : (1) En "The Physical Basis of the Leap Second", por DD McCarthy, C Hackman y RA Nelson, en Astronomical Journal , vol.136 (2008), páginas 1906-1908, se afirma (página 1908), que "el segundo SI es equivalente a una medida anterior del segundo de UT1, que era demasiado pequeña para empezar y, además, a medida que aumenta la duración del segundo UT1, la discrepancia se amplía". : (2) A finales de la década de 1950, se utilizó el estándar de cesio para medir tanto la longitud media actual del segundo del tiempo solar medio (UT2) (resultado: 9192631830 ciclos) como también el segundo del tiempo de efemérides (ET) (resultado: 9192631770 ± 20 ciclos), ver "Time Scales", de L. Essen , en Metrologia , vol.4 (1968), pp.161-165, en p.162. Como es bien sabido, se eligió la cifra 9192631770 para el segundo SI . L Essen en el mismo artículo de 1968 (p.162) declaró que esto "parecía razonable en vista de las variaciones en UT2".
- ^ J. Chapront, M. Chapront-Touzé, G. Francou (2002): " Una nueva determinación de los parámetros orbitales lunares, la constante de precesión y la aceleración de las mareas a partir de las mediciones de LLR " (también en PDF ). Astronomy & Astrophysics 387 , 700–709.
- ^ "La concha antigua muestra que los días eran media hora más cortos hace 70 millones de años: un pariente lejano en forma de jarra de cerveza de las almejas modernas capturó instantáneas de los días calurosos del Cretácico tardío" . ScienceDaily . Consultado el 14 de marzo de 2020 .
- ^ Winter, Niels J. de; Goderis, Steven; Malderen, Stijn JM Van; Sinnesael, Matthias; Vansteenberge, Stef; Snoeck, Christophe; Belza, broma; Vanhaecke, Frank; Claeys, Philippe (2020). "Variabilidad química a escala subdiaria en una concha rudista de Sanchezi de Torreites: implicaciones para la paleobiología rudista y el ciclo día-noche del Cretácico" . Paleoceanografía y Paleoclimatología . 35 (2): e2019PA003723. doi : 10.1029 / 2019PA003723 . ISSN 2572-4525 .
- ^ Williams, George E. (2000). "Restricciones geológicas en la historia precámbrica de la rotación de la Tierra y la órbita de la Luna". Reseñas de Geofísica . 38 (1): 37–60. Código Bibliográfico : 2000RvGeo..38 ... 37W . CiteSeerX 10.1.1.597.6421 . doi : 10.1029 / 1999RG900016 .
Referencias
- McCarthy, DD & Seidelmann, PK TIME: De la rotación de la Tierra a la Física Atómica. Weinheim: Wiley-VCH. (2009). ISBN 978-3-527-40780-4
- Morrison, LV & Stephenson, FR " Valores históricos del error del reloj de la Tierra Δ T y el cálculo de eclipses " (pdf, 862 KB), Journal for the History of Astronomy 35 (2004) 327–336.
- Stephenson, FR Eclipses históricos y rotación de la Tierra . Prensa de la Universidad de Cambridge, 1997. ISBN 0-521-46194-4
- Stephenson, FR y Morrison, LV "Fluctuaciones a largo plazo en la rotación de la Tierra: 700 a. C. a 1990 d. C.". Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres , Serie A 351 (1995) 165–202. Enlace JSTOR . Incluye evidencia de que el 'crecimiento' en Delta-T está siendo modificado por una oscilación con una longitud de onda de alrededor de 1500 años; si eso es cierto, durante los próximos siglos los valores de Delta-T aumentarán más lentamente de lo previsto.
enlaces externos
- Valores del centro de predicción de servicio rápido IERS para Delta T.
- Página web de Delta T por Robert van Gent
- Página web de Delta T de Felix Verbelen (archivada desde la URL muerta original)
- Eclipse Predictions and Earth's Rotation por Fred Espenak (archivado desde la URL muerta original)
- Expresiones polinomiales para Delta T (Δ T ) Espenak y Meeus
- Cartas Delta-T y software de datos