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hora solar

En un planeta con rotación directa como la Tierra , el día sideral es más corto que el día solar . En el instante 1, el Sol y una estrella distante se encuentran sobre nuestras ...

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En un planeta con rotación directa como la Tierra , el día sideral es más corto que el día solar . En el instante 1, el Sol y una estrella distante se encuentran sobre nuestras cabezas. En el instante 2, el planeta ha rotado 360° y la estrella distante vuelve a estar sobre nuestras cabezas (1→2 = un día sideral). Sin embargo, no es hasta un poco más tarde, en el instante 3, que el Sol vuelve a estar sobre nuestras cabezas (1→3 = un día solar). En otras palabras, 1→2 representa una rotación completa de la Tierra , pero debido a que la revolución alrededor del Sol afecta el ángulo con el que se observa el Sol desde la Tierra, 1→3 representa el tiempo que tarda el mediodía en regresar. [Cabe destacar que en este diagrama, el movimiento relativo y los ángulos correspondientes están muy exagerados con fines ilustrativos.]

El tiempo solar es un cálculo del paso del tiempo basado en la posición del Sol en el cielo . La unidad fundamental del tiempo solar es el día , basado en el período de rotación sinódica . Tradicionalmente, existen tres tipos de cálculo del tiempo basados ​​en observaciones astronómicas: el tiempo solar aparente y el tiempo solar medio (que se analizan en este artículo), y el tiempo sideral , que se basa en los movimientos aparentes de las estrellas distintas del Sol. [ 1 ]

Introducción

La órbita de la Tierra alrededor del Sol, mostrando su excentricidad.

Un poste alto clavado verticalmente en el suelo proyecta una sombra en cualquier día soleado. En un momento dado del día, la sombra apuntará exactamente hacia el norte o el sur (o desaparecerá si el Sol se encuentra directamente sobre nuestras cabezas). Ese instante se denomina mediodía aparente local , o las 12:00 hora aparente local. Aproximadamente 24 horas después, la sombra volverá a apuntar de norte a sur, ya que el Sol parece haber recorrido un arco de 360 ​​grados alrededor del eje terrestre. Cuando el Sol haya recorrido exactamente 15 grados (1/24 de círculo, ambos ángulos medidos en un plano perpendicular al eje terrestre), la hora aparente local será exactamente las 13:00; después de recorrer otros 15 grados, serán exactamente las 14:00.

El problema es que en septiembre el Sol tarda menos tiempo (medido por un reloj preciso) en completar una revolución aparente que en diciembre; 24 "horas" de tiempo solar pueden ser 21 segundos menos o 29 segundos más que 24 horas de tiempo cronológico. Este cambio se cuantifica mediante la ecuación del tiempo y se debe a la excentricidad de la órbita terrestre (es decir, la órbita de la Tierra no es perfectamente circular, lo que significa que la distancia Tierra - Sol varía a lo largo del año) y al hecho de que el eje de la Tierra no es perpendicular al plano de su órbita (la llamada oblicuidad de la eclíptica ).

El efecto de esto es que un reloj que funciona a una velocidad constante —por ejemplo , completando el mismo número de oscilaciones del péndulo en cada hora— no puede seguir al Sol real; en cambio, sigue un " Sol medio " imaginario que se mueve a lo largo del ecuador celeste a una velocidad constante que coincide con la velocidad media del Sol real a lo largo del año. [ 2 ] Este es el "tiempo solar medio", que aún no es perfectamente constante de un siglo a otro, pero es lo suficientemente preciso para la mayoría de los propósitos. A partir de 2008  , un día solar medio es de aproximadamente 86.400,002 segundos SI , es decir, aproximadamente 24,0000006 horas. [ 3 ]

tiempo solar aparente

El sol aparente es el sol verdadero visto por un observador en la Tierra. [ 4 ] El tiempo solar aparente o tiempo solar verdadero [ a ] ​​se basa en el movimiento aparente del Sol real . Se basa en el día solar aparente , el intervalo entre dos retornos sucesivos del Sol al meridiano local . [ 5 ] [ 6 ] El tiempo solar aparente se puede medir de forma aproximada con un reloj de sol . [ b ]

La duración de un día solar varía a lo largo del año, y el efecto acumulado produce desviaciones estacionales de hasta 16 minutos de la media. El efecto tiene dos causas principales. Primero, debido a la excentricidad de la órbita de la Tierra , la Tierra se mueve más rápido cuando está más cerca del Sol ( perihelio ) y más lento cuando está más lejos del Sol ( afelio ) (ver las leyes de Kepler del movimiento planetario ). Segundo, debido a la inclinación axial de la Tierra (conocida como la oblicuidad de la eclíptica ), el movimiento anual del Sol es a lo largo de un círculo máximo (la eclíptica ) que está inclinado con respecto al ecuador celeste de la Tierra . Cuando el Sol cruza el ecuador en ambos equinoccios , el desplazamiento diario del Sol (en relación con las estrellas de fondo) está en un ángulo con respecto al ecuador, por lo que la proyección de este desplazamiento sobre el ecuador es menor que su promedio para el año; En ambos solsticios , cuando el Sol se encuentra más alejado del ecuador , su desplazamiento de un día para otro es paralelo al ecuador, por lo que la proyección de este desplazamiento sobre el ecuador es mayor que el promedio anual (véase año tropical ). En junio y diciembre, cuando el Sol está más alejado del ecuador celeste, un desplazamiento determinado a lo largo de la eclíptica corresponde a un gran desplazamiento en el ecuador. Por lo tanto, los días solares aparentes son más cortos en marzo y septiembre que en junio o diciembre.

Estas longitudes cambiarán ligeramente en unos pocos años y de forma significativa en miles de años.

tiempo solar medio

La ecuación del tiempo: por encima del eje x, un reloj de sol parecerá adelantado en relación con un reloj que muestre la hora media local, y por debajo del eje, un reloj de sol parecerá atrasado .

La hora solar media es el ángulo horario de la posición media del Sol, más 12 horas. Este desfase de 12 horas se debe a la decisión de que cada día comience a medianoche para fines civiles, mientras que el ángulo horario o la posición media del Sol se mide desde el meridiano local. [ 10 ] A partir de 2009, esto se realiza con la escala de tiempo UT1 , construida matemáticamente a partir de observaciones de interferometría de línea de base muy larga de los movimientos diurnos de fuentes de radio ubicadas en otras galaxias y otras observaciones. [ 11 ] : 68, 326 [ 12 ] La duración de la luz del día varía durante el año, pero la duración de un día solar medio es casi constante, a diferencia de la de un día solar aparente. [ 13 ] Un día solar aparente puede ser 20 segundos más corto o 30 segundos más largo que un día solar medio. [ 9 ] [ 14 ] Los días largos o cortos ocurren en sucesión, por lo que la diferencia se acumula hasta que el tiempo medio está adelantado al tiempo aparente en unos 14 minutos cerca del 6 de febrero, y retrasado al tiempo aparente en unos 16 minutos cerca del 3 de noviembre. La ecuación del tiempo es esta diferencia, que es cíclica y no se acumula de un año a otro.

El tiempo medio sigue al sol medio. Jean Meeus describe el sol medio de la siguiente manera:

Consideremos un primer Sol ficticio que se desplaza a lo largo de la eclíptica a velocidad constante y coincide con el Sol verdadero en el perigeo y el apogeo (cuando la Tierra se encuentra en el perihelio y el afelio, respectivamente). Luego, consideremos un segundo Sol ficticio que se desplaza a lo largo del ecuador celeste a velocidad constante y coincide con el primer Sol ficticio en los equinoccios. Este segundo Sol ficticio es el Sol medio . [ 15 ]

La duración del día solar medio está aumentando lentamente debido a la aceleración de la Luna por la Tierra como consecuencia de las mareas y a la consiguiente desaceleración de la rotación de la Tierra por la Luna.

Historia

El Sol y la Luna , Crónica de Núremberg , 1493

El sol siempre ha sido visible en el cielo, y su posición constituye la base del tiempo solar aparente, el método de medición del tiempo utilizado en la antigüedad. Un obelisco egipcio construido alrededor del 3500 a. C., [ 16 ] un gnomon en China fechado en el 2300 a. C., [ 17 ] y un reloj de sol egipcio fechado en el 1500 a. C. [ 18 ] son ​​algunos de los métodos más antiguos para medir la posición del sol.

Los astrónomos babilonios sabían que las horas de luz diurna variaban a lo largo del año. Una tablilla del 649 a. C. muestra que utilizaban una proporción de 2:1 entre el día más largo y el más corto, y estimaban la variación mediante una función lineal en zigzag. [ 19 ] No está claro si conocían la variación en la duración del día solar y la ecuación del tiempo correspondiente . Ptolomeo distingue claramente el día solar medio y el día solar aparente en su Almagesto (siglo II a. C.), y tabuló la ecuación del tiempo en sus Tablas prácticas . [ 20 ]

El tiempo solar aparente se volvió menos útil a medida que el comercio crecía y los relojes mecánicos mejoraban. El tiempo solar medio se introdujo en los almanaques de Inglaterra en 1834 y en Francia en 1835. Debido a la dificultad de observar el sol directamente por su gran tamaño en el cielo, el tiempo solar medio se determinó como una proporción fija del tiempo observado por las estrellas, que utilizaban observaciones puntuales. Un estándar específico para medir el "tiempo solar medio" a partir de la medianoche llegó a denominarse Tiempo Universal. [ 11 ] : 9–11

Conceptualmente, el Tiempo Universal es la rotación de la Tierra con respecto al Sol y, por lo tanto, es el tiempo solar medio. Sin embargo, UT1, la versión de uso común desde 1955, utiliza una definición de rotación ligeramente diferente que corrige el movimiento de los polos terrestres durante su rotación. La diferencia entre este tiempo solar medio corregido y el Tiempo Universal Coordinado (UTC) determina si se necesita un segundo intercalar . (Desde 1972, la escala de tiempo UTC se basa en segundos del SI , y el segundo del SI, cuando se adoptó, ya era un poco más corto que el valor actual del segundo de tiempo solar medio. [ 21 ] [ 11 ] : 227–231 )

Véase también

Notas

  1. ↑ «aparente» se usa comúnmente en fuentes en inglés, pero «verdadero» se usa en la literatura astronómica francesa y se ha vuelto casi igual de común en fuentes en inglés. Véase:
    • Vince, Samuel (1797). Un sistema completo de astronomía, vol. 1. Cambridge University Press. pág.  44. Lo que nosotros llamamos tiempo aparente , los franceses lo llaman tiempo verdadero.
    • «Comprender - Concepts fondamentaux - Echelles de temps» . Oficina de Longitudes (en francés). 23 de noviembre de 2009. Archivado desde el original el 23 de noviembre de 2009. temps vrai [tiempo real]
    • Allison, Michael; Schmunk, Robert (30 de junio de 2015). "Notas técnicas sobre la hora solar de Marte adoptada por el reloj solar Mars24" . Instituto Goddard de Estudios Espaciales . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . Archivado del original el 25 de septiembre de 2015. Recuperado el 8 de octubre de 2015. El ángulo horario solar o Tiempo Solar Verdadero (TST) .
  2. ↑ El equivalente en Marte se denomina hora solar verdadera local de Marte (LTST). [ 7 ] [ 8 ]

Referencias

  1. ↑ Para los tres tipos de tiempo, véase (por ejemplo) la sección explicativa del almanaque Connaissance des Temps de 1902, página 759. Archivado el 10 de agosto de 2011 en Wayback Machine .
  2. ↑ "tiempo solar, medio" . Glosario, Almanaque Astronómico en Línea . Oficina del Almanaque Náutico de Su Majestad y Observatorio Naval de los Estados Unidos . 2021.
  3. ↑ "Segundos intercalares" . Departamento de Servicio de Tiempo, Observatorio Naval de los Estados Unidos . 1999. Archivado del original el 12 de marzo de 2015.
  4. ↑ Tatum, JB (27 de marzo de 2022). "Mecánica celeste, capítulo 6" (PDF) . Universidad de Victoria . Archivado (PDF) del original el 23 de septiembre de 2015.
  5. ↑ "tiempo solar, aparente" . Glosario, Almanaque Astronómico en Línea . Oficina del Almanaque Náutico de Su Majestad y Observatorio Naval de los Estados Unidos . 2021.
  6. ↑ Yallop, BD; Hohenker, CY (agosto de 1989). «Hoja informativa astronómica n.º 58» (PDF) . Oficina del Almanaque Náutico de Su Majestad . Diagrama de ubicación solar. Archivado del original (PDF) el 23 de diciembre de 2022. Recuperado el 17 de junio de 2022 .
  7. ↑ Allison, Michael; Schmunk, Robert (30 de junio de 2015). «Notas técnicas sobre la hora solar de Marte adoptada por el reloj solar Mars24» . Instituto Goddard de Estudios Espaciales . Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . Archivado del original el 25 de septiembre de 2015. Recuperado el 8 de octubre de 2015 .
  8. ↑ Allison, Michael; McEwen, Megan (2000). "Una evaluación posterior a Pathfinder de las coordenadas solares areocéntricas con recetas de sincronización mejoradas para estudios climáticos estacionales/diurnos de Marte" . Planetary and Space Science . 48 ( 2–3 ): 215. Bibcode : 2000P & SS...48..215A . doi : 10.1016/S0032-0633(99)00092-6 . hdl : 2060/20000097895 . S2CID 123014765. Archivado del original el 23 de junio de 2015. 
  9. ^ Jean Meeus (1997), Bocados de astronomía matemática ( Richmond, VA: Willmann-Bell) 346. ISBN 0-943396-51-4.
  10. ↑ Hilton, James L; McCarthy, Dennis D. (2013). «Precesión, nutación, movimiento polar y rotación terrestre». En Urban, Sean E.; Seidelmann, P. Kenneth (eds.). Suplemento explicativo del Almanaque Astronómico (3.ª ed.). Mill Valley, CA: University Science Books. ISBN  978-1-891389-85-6.
  11. 1 2 3 McCarthy, DD ; Seidelmann, PK (2009). TIEMPO: De la rotación de la Tierra a la física atómica . Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGa . ISBN 978-3-527-40780-4.
  12. ↑ Capitaine, N. ; Wallace, PT; McCarthy, DD (2003). "Expresiones para implementar la definición de UT1 de la IAU 2000" . Astronomía y Astrofísica . 406 (3): 1135– 1149. Bibcode : 2003A & A...406.1135C . doi : 10.1051/0004-6361:20030817 . S2CID 54008769 . (o en formato pdf ); y para algunas definiciones anteriores de UT1 véase Aoki, S.; Guinot, B.; Kaplan, GH; Kinoshita, H.; McCarthy, DD; Seidelmann, PK (1982). "La nueva definición de tiempo universal" . Astronomía y Astrofísica . 105 (2): 359– 361. Bibcode : 1982A & A...105..359A .
  13. ↑ Para un análisis de los ligeros cambios que afectan al día solar medio, consulte elartículo sobre ΔT .
  14. ↑ Ricci, Pierpaolo. "La duración del verdadero día solar" . pierpaoloricci.it . Archivado del original el 26 de agosto de 2009.
  15. ^ Meeus, J. (1998). Algoritmos astronómicos. 2da ed. Richmond VA: Willmann-Bell. pag. 183.
  16. ↑ "Un paseo por el tiempo: los primeros relojes" . Un paseo por el tiempo: la evolución de la medición del tiempo a través de las épocas . Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . 12 de agosto de 2009.
  17. ↑ Li, Geng (2015). «Gnomones en la antigua China». En Ruggles, C. (ed.). Manual de arqueoastronomía y etnoastronomía . pp. 2095–2104 . Bibcode : 2015hae..book.2095L . doi : 10.1007/978-1-4614-6141-8_219 . ISBN  978-1-4614-6140-1.
  18. ↑ Vodolazhskaya, LN (2014). "Reconstrucción de relojes de sol del antiguo Egipto" (PDF) . Arqueoastronomía y tecnologías antiguas . 2 (2): 1– 18. arXiv : 1408.0987 .
  19. ^ Pingree, David; Reiner, Erica (1974). "Un informe neobabilónico sobre horarios estacionales" . Archiv für Orientforschung . 25 : 50– 55. ISSN 0066-6440 . JSTOR 41636303 .  
  20. ↑ Neugebauer, Otto (1975), Una historia de la astronomía matemática antigua , Nueva York/Heidelberg/Berlín: Springer-Verlag, págs. 984–986 , ISBN  978-0-387-06995-1
  21. ↑
    (1) En "The Physical Basis of the Leap Second", de DD McCarthy, C Hackman y RA Nelson, en Astronomical Journal, vol. 136 (2008), páginas 1906-1908, se afirma (página 1908) que "el segundo del SI es equivalente a una medida más antigua del segundo de UT1, que era demasiado pequeña para empezar y además, a medida que aumenta la duración del segundo de UT1, la discrepancia se amplía".  :(2) A finales de la década de 1950, el estándar de cesio se utilizó para medir tanto la longitud media actual del segundo del tiempo solar medio (UT2) (resultado: 9192631830 ciclos) como el segundo del tiempo de efemérides (ET) (resultado: 9192631770 ± 20 ciclos), véase "Escalas de tiempo", de L. Essen, archivado el 19 de octubre de 2008 en Wayback Machine , en Metrologia, vol. 4 (1968), pp. 161-165, en la p. 162. Como es bien sabido, la cifra de 9192631770 se eligió para el segundo del SI . L. Essen, en el mismo artículo de 1968 (p. 162), afirmó que esto "parecía razonable en vista de las variaciones en UT2".
  • Amanecer y atardecer y altitud máxima del sol, durante todo el año, en cualquier lugar.
  • Tempómetro solar Astrarium : Tiempo solar aparente en una pantalla digital.