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Época (astronomía)

En astronomía , una época o época de referencia es un momento en el tiempo que se utiliza como punto de referencia para alguna magnitud astronómica variable en el tiempo. Es úti...

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En astronomía , una época o época de referencia es un momento en el tiempo que se utiliza como punto de referencia para alguna magnitud astronómica variable en el tiempo. Es útil para las coordenadas celestes o los elementos orbitales de un cuerpo celeste , ya que están sujetos a perturbaciones y varían con el tiempo. [ 1 ] Estas magnitudes astronómicas variables en el tiempo pueden incluir, por ejemplo, la longitud media o la anomalía media de un cuerpo, el nodo de su órbita con respecto a un plano de referencia , la dirección del apogeo o afelio de su órbita, o el tamaño del eje mayor de su órbita.

El principal uso de las magnitudes astronómicas especificadas de esta manera es calcular otros parámetros relevantes del movimiento, con el fin de predecir posiciones y velocidades futuras. Las herramientas aplicadas de las disciplinas de la mecánica celeste o su subcampo, la mecánica orbital (para predecir trayectorias y posiciones orbitales de cuerpos en movimiento bajo los efectos gravitatorios de otros cuerpos), pueden utilizarse para generar una efeméride , una tabla de valores que indica las posiciones y velocidades de los objetos astronómicos en el cielo en un momento o momentos determinados.

Las magnitudes astronómicas pueden especificarse de diversas maneras; por ejemplo, como una función polinómica del intervalo de tiempo, con una época como punto de origen temporal (esta es una forma común de utilizar una época). Alternativamente, la magnitud astronómica variable en el tiempo puede expresarse como una constante, igual a su valor en la época, dejando que su variación temporal se especifique de otra forma; por ejemplo, mediante una tabla, como era común durante los siglos XVII y XVIII.

La palabra «época» se utilizaba a menudo de forma diferente en la literatura astronómica antigua, por ejemplo, durante el siglo XVIII, en relación con las tablas astronómicas. En aquel entonces, era costumbre denominar «épocas» no a la fecha y hora estándar de origen de las magnitudes astronómicas variables en el tiempo, sino a los valores de dichas magnitudes en esa fecha y hora . [ 2 ] De acuerdo con ese uso histórico alternativo, una expresión como «corregir las épocas» se referiría al ajuste, generalmente en una pequeña cantidad, de los valores de las magnitudes astronómicas tabuladas aplicables a una fecha y hora de referencia estándar fija (y no, como cabría esperar del uso actual, a un cambio de una fecha y hora de referencia a otra diferente).

Época versus equinoccio

Los datos astronómicos a menudo se especifican no solo en relación con una época o fecha de referencia, sino también en relación con otras condiciones de referencia, como sistemas de coordenadas especificados por " equinoccio ", o "equinoccio y ecuador ", o "equinoccio y eclíptica ", cuando estos son necesarios para especificar completamente los datos astronómicos del tipo considerado.

Referencias de fechas para sistemas de coordenadas

Cuando los datos dependen de un sistema de coordenadas específico para sus valores, es necesario especificar la fecha de dicho sistema de coordenadas, ya sea directa o indirectamente.

Los sistemas de coordenadas celestes más utilizados en astronomía son las coordenadas ecuatoriales y las eclípticas . Estas se definen en relación con la posición del equinoccio vernal (que se desplaza), la cual, a su vez, está determinada por la orientación del eje de rotación de la Tierra y su órbita alrededor del Sol . Sus orientaciones varían (aunque lentamente, por ejemplo, debido a la precesión ), y existe una infinidad de sistemas de coordenadas posibles. Por lo tanto, los sistemas de coordenadas más utilizados en astronomía necesitan su propia referencia temporal, ya que estos sistemas están en constante movimiento, por ejemplo, debido a la precesión de los equinoccios , que hoy en día se suele descomponer en componentes precesionales: precesiones separadas del ecuador y de la eclíptica.

La época del sistema de coordenadas no tiene por qué ser la misma, y ​​a menudo en la práctica no lo es, que la época de los propios datos.

La diferencia entre referirse únicamente a una época y referirse a un equinoccio con ecuador o eclíptica radica en que la referencia a la época contribuye a especificar la fecha de los valores de las variables astronómicas; mientras que la referencia a un equinoccio junto con el ecuador/eclíptica, de una fecha determinada, se refiere a la identificación o los cambios en el sistema de coordenadas en términos de las cuales se expresan dichas variables astronómicas. (En ocasiones, se puede usar la palabra «equinoccio» sola, por ejemplo, cuando el contexto indica claramente a los usuarios de los datos en qué formato se expresan las variables astronómicas consideradas: en forma ecuatorial o en forma eclíptica).

El equinoccio con el ecuador/eclíptica de una fecha determinada define el sistema de coordenadas que se utiliza. La mayoría de las coordenadas estándar que se usan hoy en día se refieren al año 2000 TT (es decir, a las 12 h (mediodía) en la escala de tiempo terrestre del 1 de enero de 2000, véase más abajo), que ocurrió aproximadamente 64 segundos antes del mediodía UT1 de la misma fecha (véase ΔT ). Antes de 1984, se usaban comúnmente sistemas de coordenadas de 1950 o 1900.

La expresión "equinoccio (y eclíptica/ecuador) de fecha " tiene un significado especial . Cuando las coordenadas se expresan como polinomios en el tiempo con respecto a un marco de referencia definido de esta manera, significa que los valores obtenidos para las coordenadas en cualquier intervalo t después de la época indicada están en términos del sistema de coordenadas de la misma fecha que los valores obtenidos, es decir, la fecha del sistema de coordenadas es igual a (época + t). [ a ]

Se puede observar que la fecha del sistema de coordenadas no tiene por qué coincidir con la época de las magnitudes astronómicas. En ese caso (aparte del caso del "equinoccio de la fecha" descrito anteriormente), se asociarán dos fechas a los datos: una fecha corresponde a la época de las expresiones dependientes del tiempo que dan lugar a los valores, y la otra es la del sistema de coordenadas en el que se expresan dichos valores.

Por ejemplo, los elementos orbitales , especialmente los elementos osculadores para planetas menores, se dan habitualmente con referencia a dos fechas: primero, en relación con una época reciente para todos los elementos; pero algunos de los datos dependen de un sistema de coordenadas elegido, y entonces es habitual especificar el sistema de coordenadas de una época estándar que a menudo no es la misma que la época de los datos. Un ejemplo es el siguiente: Para el planeta menor (5145) Pholus , se han dado elementos orbitales que incluyen los siguientes datos: [ 3 ]

Época 2010 Ene. 4.0 TT. . . = JDT 2455200,5 M 72.00071 . . . . . . . .(2000.0) norte. 0,01076162 .. . . . Peri. 354.75938 un 20.3181594 . . . . . Nodo . 119.42656 mi. 0,5715321. . . . . Incluye .. 24.66109

donde la época se expresa en términos de Tiempo Terrestre, con una fecha juliana equivalente. Cuatro de los elementos son independientes de cualquier sistema de coordenadas particular: M es la anomalía media (grados), n: movimiento diario medio (grados/día), a: tamaño del semieje mayor (UA), e: excentricidad (adimensional). Pero el argumento del perihelio, la longitud del nodo ascendente y la inclinación dependen de las coordenadas y se especifican en relación con el marco de referencia del equinoccio y la eclíptica de otra fecha "2000.0", también conocida como J2000, es decir, el 1.5 de enero de 2000 (12 h del 1 de enero) o JD 2451545.0. [ 4 ]

Épocas y períodos de validez

En el conjunto particular de coordenadas ejemplificado anteriormente, muchos de los elementos se han omitido por ser desconocidos o indeterminados; por ejemplo, el elemento n permite calcular una dependencia temporal aproximada del elemento M, pero los demás elementos y el propio n se tratan como constantes, lo que representa una aproximación temporal (véase Elementos osculadores ).

Así, un sistema de coordenadas particular (equinoccio y ecuador/eclíptica de una fecha determinada, como J2000.0) podría usarse para siempre, pero un conjunto de elementos osculadores para una época particular solo puede ser (aproximadamente) válido durante un tiempo bastante limitado, porque los elementos osculadores como los del ejemplo anterior no muestran el efecto de futuras perturbaciones que cambiarán los valores de los elementos.

Sin embargo, el período de validez es, en principio, un asunto distinto y no el resultado del uso de una época para expresar los datos. En otros casos, como por ejemplo en el de una teoría analítica completa del movimiento de algún cuerpo astronómico, todos los elementos se suelen expresar en forma de polinomios en intervalos de tiempo a partir de la época, acompañados además de términos trigonométricos de perturbaciones periódicas debidamente especificadas. En ese caso, su período de validez puede extenderse durante varios siglos o incluso milenios a ambos lados de la época indicada.

Algunos datos y ciertas épocas se conservan durante un largo periodo por otros motivos. Por ejemplo, los límites de las constelaciones de la IAU se especifican en relación con un equinoccio de principios de 1875. Esto es una convención, definida en función del ecuador y la eclíptica de 1875. Para determinar en qué constelación se encuentra un cometa en la actualidad, su posición debe expresarse en el sistema de coordenadas de 1875 (equinoccio/ecuador de 1875). Por lo tanto, dicho sistema de coordenadas aún se puede utilizar hoy en día, aunque la mayoría de las predicciones sobre cometas realizadas originalmente para 1875 (época = 1875) ya no serían útiles debido a la falta de información sobre su dependencia temporal y las perturbaciones.

Cambio del equinoccio y la época estándar

Para calcular la visibilidad de un objeto celeste para un observador en un momento y lugar específicos de la Tierra, se necesitan las coordenadas del objeto con respecto a un sistema de coordenadas de la fecha actual. Si se utilizan coordenadas con respecto a otra fecha, se producirán errores en los resultados. La magnitud de estos errores aumenta con la diferencia horaria entre la fecha y hora de observación y la fecha del sistema de coordenadas utilizado, debido a la precesión de los equinoccios. Si la diferencia horaria es pequeña, pueden ser suficientes correcciones sencillas y menores para la precesión. Si la diferencia horaria es grande, se deben aplicar correcciones más completas y precisas. Por esta razón, la posición de una estrella obtenida de un atlas o catálogo estelar basado en un equinoccio y ecuador suficientemente antiguos no puede utilizarse sin correcciones si se requiere una precisión razonable.

Además, las estrellas se mueven unas con respecto a otras en el espacio. El movimiento aparente a través del cielo con respecto a otras estrellas se denomina movimiento propio . La mayoría de las estrellas tienen movimientos propios muy pequeños, pero algunas presentan movimientos propios que se acumulan hasta alcanzar distancias perceptibles después de unas pocas decenas de años. Por lo tanto, algunas posiciones estelares obtenidas de un atlas o catálogo estelar para una época suficientemente antigua requieren correcciones de movimiento propio para lograr una precisión razonable.

Debido a la precesión y al movimiento propio, los datos estelares pierden utilidad a medida que envejecen las observaciones, su época y los equinoccios y ecuadores a los que se refieren. Con el tiempo, resulta más sencillo o conveniente utilizar datos más recientes, generalmente denominados una época y equinoccios/ecuadores más recientes, que seguir aplicando correcciones a los datos antiguos.

Especificar una época o equinoccio

Las épocas y los equinoccios son momentos en el tiempo, por lo que pueden especificarse de la misma manera que los momentos que indican otros eventos. Las siguientes formas estándar de especificar épocas y equinoccios parecen ser las más populares:

  • Días julianos , por ejemplo, JD 2433282.4235 para enero 0.9235, 1950 TT
  • Años besselianos (véase más abajo), por ejemplo, 1950.0 o B1950.0 para enero 0.9235, 1950 TT
  • Años julianos , por ejemplo, J2000.0 para el 1.5 de enero de 2000 TT

Los tres se expresan en TT = Tiempo Terrestre .

Los años besselianos, utilizados principalmente para las posiciones de las estrellas, pueden encontrarse en catálogos antiguos, pero ahora están quedando obsoletos. El resumen del catálogo Hipparcos , [ 5 ] por ejemplo, define la "época del catálogo" como "J1991.25" (8,75 años julianos antes del 1,5 de enero de 2000 TT, por ejemplo, el 2,5625 de abril de 1991 TT).

años besselianos

El año besseliano recibe su nombre del matemático y astrónomo alemán Friedrich Bessel (1784-1846). Meeus (1991 , p. 125) define el inicio de un año besseliano como el momento en que la longitud media del Sol, incluyendo el efecto de la aberración y medida desde el equinoccio medio de la fecha, es exactamente de 280 grados. Este momento coincide con el inicio del año gregoriano correspondiente . Esta definición se basaba en una teoría particular de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, la de Newcomb (1895), que actualmente está obsoleta; por esta razón, entre otras, el uso de los años besselianos también se ha vuelto o está cayendo en desuso. 

Lieske 1979 , p. 282 dice que una "época besseliana" se puede calcular a partir de la fecha juliana según 

B = 1900,0 + (fecha juliana − 2415020,31352) / 365,242198781

La definición de Lieske no coincide exactamente con la definición anterior en lo que respecta a la longitud media del Sol. Al utilizar años besselianos, especifique qué definición se está empleando.

Para distinguir entre años naturales y años besselianos, se hizo costumbre añadir ".0" a estos últimos. Desde el cambio al sistema juliano a mediados de la década de 1980, se ha vuelto habitual anteponer la letra "B" a los años besselianos. Así, "1950" es el año natural 1950, y "1950.0" = "B1950.0" es el comienzo del año besseliano 1950.

  • Los límites de las constelaciones de la IAU se definen en el sistema de coordenadas ecuatoriales con respecto al equinoccio de B1875.0.
  • El catálogo de Henry Draper utiliza el modelo Equinox B1900.0.
  • El atlas estelar clásico Tabulae Caelestes utilizaba B1925.0 como su equinoccio.

Según Meeus, y también según la fórmula dada anteriormente,

  • B1900.0 = JDE 2415020.3135 = 1900 enero 0.8135 TT
  • B1950.0 = JDE 2433282.4235 = 1950 enero 0.9235 TT

Años julianos y J2000

Un año juliano es un intervalo con la duración de un año medio en el calendario juliano , es decir, 365,25 días. Esta medida de intervalo no define por sí misma ninguna época: el calendario gregoriano se utiliza generalmente para la datación. Pero, las épocas convencionales estándar que no son épocas besselianas se han designado a menudo hoy en día con el prefijo "J", y la fecha del calendario a la que se refieren es ampliamente conocida, aunque no siempre la misma fecha del año: así, J2000 se refiere al instante de las 12 del mediodía (mediodía) del 1 de enero de 2000, y J1900 se refiere al instante de las 12 del mediodía del 0 de enero de 1900, igual al 31 de diciembre de 1899. [ 6 ] También es habitual ahora especificar en qué escala de tiempo se expresa la hora del día en esa designación de época, por ejemplo, a menudo Tiempo Terrestre .

Además, una época opcionalmente prefijada por "J" y designada como un año con decimales ( 2000 + x ), donde x es positivo o negativo y se cita con 1 o 2 decimales, ha llegado a significar una fecha que es un intervalo de x años julianos de 365,25 días a partir de la época J2000 = JD 2451545,0 (TT), que todavía corresponde (a pesar del uso del prefijo "J" o la palabra "juliano") a la fecha del calendario gregoriano del 1 de enero de 2000, a las 12h TT (aproximadamente 64 segundos antes del mediodía UTC del mismo día calendario). [ 7 ] (Véase también Año juliano (astronomía) ) . Al igual que la época besseliana, una época juliana arbitraria está, por lo tanto, relacionada con la fecha juliana por

J = 2000 + (fecha juliana − 2451545.0) ÷ 365.25

Antes, distintos astrónomos o grupos de astrónomos definían las épocas astronómicas individualmente, pero hoy en día, los estándares se definen generalmente mediante acuerdos internacionales a través de la IAU , lo que permite una colaboración más eficaz entre astrónomos de todo el mundo. Resulta ineficiente y propenso a errores que los datos u observaciones de un grupo tengan que transformarse de forma no estándar para que otros grupos puedan compararlos con información de otras fuentes. Un ejemplo de cómo funciona esto: si alguien mide la posición de una estrella, utiliza una transformación estándar para obtener la posición expresada en el sistema de referencia estándar J2000, y a menudo es esta posición J2000 la que se comparte con otros.

Por otro lado, también ha existido la tradición astronómica de conservar las observaciones tal como fueron realizadas, de modo que otros puedan corregir posteriormente las reducciones al estándar si resulta conveniente, como ha ocurrido en ocasiones.

La época estándar utilizada actualmente, "J2000", se define por acuerdo internacional como equivalente a:

  1. Fecha gregoriana: 1 de enero de 2000, a las 12:00 TT (hora terrestre).
  2. La fecha juliana 2451545.0 TT (Tiempo Terrestre). [ 8 ]
  3. 1 de enero de 2000, 11:59:27.816 TAI ( Tiempo Atómico Internacional ). [ 9 ]
  4. 1 de enero de 2000, 11:58:55.816 UTC ( Tiempo Universal Coordinado ). [ b ]

Época del día

En escalas de tiempo más cortas, existen diversas prácticas para definir cuándo comienza cada día. En el uso común, el día civil se calcula a partir de la medianoche , es decir, comienza a medianoche. Pero en el uso astronómico antiguo, hasta el 1 de enero de 1925, era habitual calcularlo a partir de la medianoche , 12 horas después del inicio del día civil de la misma denominación, de modo que el día comenzaba cuando el sol medio cruzaba el meridiano al mediodía. [ 10 ] Esto todavía se refleja en la definición de J2000, que comenzó al mediodía, hora terrestre.

En las culturas tradicionales y en la antigüedad se utilizaban otras épocas. En el antiguo Egipto , los días se contaban desde el amanecer hasta el amanecer, siguiendo una época matutina. Esto puede estar relacionado con el hecho de que los egipcios regulaban su año según la salida helíaca de la estrella Sirio , un fenómeno que ocurre por la mañana justo antes del amanecer. [ 11 ]

En algunas culturas que siguen un calendario lunar o lunisolar , en el que el comienzo del mes está determinado por la aparición de la Luna Nueva por la noche, el comienzo del día se contaba desde la puesta del sol hasta la puesta del sol, siguiendo una época vespertina, por ejemplo los calendarios judío e islámico [ 12 ] y en la Europa occidental medieval al calcular las fechas de las fiestas religiosas, [ 13 ] mientras que en otras se seguía una época matutina, por ejemplo los calendarios hindú y budista .

Véase también

Referencias

Notas

  1. ↑ Ejemplos de este uso se encuentran en: Simon et al. 1994 , pp. 663–683
  2. ↑ Este artículo utiliza un reloj de 24 horas, por lo que 11:59:27.816 es equivalente a 11:59:27.816 a.m.

Citas

  1. ↑ Soop 1994 .
  2. ^ M. Chapront-Touzé (ed.), Jean le Rond d'Alembert, Oeuvres Complètes: Ser.  1, vol.  6 , París (CNRS) (2002), p. xxx, n. 50.
  3. ↑ Centro de Planetas Menores de Harvard, datos sobre Pholus
  4. ↑ Véase la explicación de los elementos orbitales .
  5. ^ "Los catálogos de Hipparcos y Tycho", ESA SP-1200, vol. 1, página XV. ESA, 1997
  6. ↑ "Documentación del kit de herramientas 'spice' del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, función J1900" . NAIF.JPL.NASA.gov . Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
  7. ↑ Herramientas de escala de tiempo y calendario SOFA (PDF) (Informe). Lenguaje de programación C. Unión Astronómica Internacional. 9 de octubre de 2017. Archivado del original (PDF) el 21 de marzo de 2023. Consultado el 2 de enero de 2019 .(Revisión del documento 1.5.)
  8. ↑ Seidelmann 2006 , pág. 8.
  9. ↑ Seidelmann 2006 , Glosario, sv Tiempo Dinámico Terrestre..
  10. ↑ Wilson 1925 , págs. 1–2.
  11. ↑ Neugebauer 2004 , pág. 1067.
  12. ↑ Neugebauer 2004 , págs .
  13. ↑ Beda , El cálculo del tiempo , 5, trad. Faith Wallis, (Liverpool: Liverpool University Press, 2004), pp. 22–24. ISBN 0-85323-693-3

Fuentes

  • Aoki, S.; Soma, M.; Kinoshita, H.; Inoue, K. (diciembre de 1983). "Matriz de conversión de posiciones de estrellas basadas en FK 4 de la época B 1950.0 a posiciones de la época J 2000.0 de acuerdo con las nuevas resoluciones de la IAU". Astronomía y Astrofísica . 128 (3): 263– 267. Bibcode : 1983A & A...128..263A . ISSN 0004-6361 . 
  • Lieske, JH (1979). "Matriz de precesión basada en el sistema de constantes astronómicas de la IAU (1976)". Astronomía y astrofísica . 73 (3): 282– 284. Bibcode : 1979A & A....73..282L .
  • Meeus, Jean (1991). Algoritmos astronómicos . Willmann-Bell. ISBN 978-0-943396-35-4.
  • Neugebauer, O. (2004). Historia de la astronomía matemática antigua . Springer. ISBN 978-3-540-06995-9.
  • Seidelmann, P. Kenneth, ed. (2006). Suplemento explicativo del Almanaque Astronómico . Sausalito, CA: University Science Books. ISBN 978-1-891389-45-0.
  • Simon, JL; Bretagnon, P.; Chapront, J.; Chapront-Touze, M.; Francou, G.; Laskar, J (1994). "Expresiones numéricas para fórmulas de precesión y elementos medios para la Luna y los planetas". Astronomía y Astrofísica . 282 : 663–683 . Bibcode : 1994A & A...282..663S .
  • Soop, EM (1994). Manual de órbitas geoestacionarias . Springer. ISBN 978-0-7923-3054-7.
  • Wilson, HC (1925). "Cambio del tiempo astronómico". Astronomía popular . 33 : 1–2 . Bibcode : 1925PA.....33....1W .

Lecturas adicionales

  • Standish, EM Jr. (noviembre de 1982). "Conversión de posiciones y movimientos propios del sistema B1950.0 al sistema IAU en J2000.0". Astronomía y Astrofísica . 115 (1): 20– 22. Bibcode : 1982A & A...115...20S .
  • ¿Qué es el tiempo terrestre? Archivado el 6 de agosto de 2006 en Wayback Machine – Observatorio Naval de los Estados Unidos.
  • Sistema Internacional de Referencia Celeste, o ICRS. Archivado el 5 de agosto de 2006 en Wayback Machine – Observatorio Naval de los Estados Unidos.
  • Convenciones del IERS de 2003 (define ICRS y otras normas relacionadas). Archivado el 13 de diciembre de 2013 en Wayback Machine .