Els segons intercalars a debat: una qüestió entre temps atòmic i planetari




Avui quan siguin les 23.59.59 (les 00.59.59 de la matinada de cap d’any,
hora oficial) no passarem a 00.00.00 directament, sinó que ens trobarem amb un
segon intercalar: 23.59.60 (les 00.59.60, hora oficial). D’aquesta forma, avui
31 de desembre (a efectes d’hora oficial, demà 1 de gener) no contindrà 86400
segons sinó 86401 segons. De ben segur ningú no ho notarà, per bé que no hi
mancaran demà ressacaires preparats per atribuir tots els mals a aquest segon
de més de festa. En tot cas, la qüestió dels segons intercalars es troba
damunt la taula, amb propostes per eliminar-los… Però quina alternativa
implicaria la seva eliminació?

El segon, unitat universal del temps

Les unitats naturals del temps en la superfície de la Terra són el dia, el mes i l’any, que es corresponen
respectivament a la rotació
planetària
, la translació
de la Lluna al voltant de la Terra
, i la translació de la Terra al voltant del Sol.
Aquests tres cicles són independents entre ells. A més, per definir el
començament i l’acabament d’un cicle podem fer servir diferents elements de
referència, la qual cosa genera diferents definicions de dia, de mes i d’any.

El segon va nèixer com una subdivisió del dia. Si el dia solar mitjà (el
temps mitjà que hi ha entre un migdia i el migdia de l’endemà) es pot dividir
en 24 hores, cada hora es divideix en 60 minuts, i cada minut en 60 segons. Els
diferents sistemes d’unitats internacional van afavorir el segon com a unitat
fonamental en ella mateixa. Per tant calia una definició objectiva de segon. En
el 1956 s’aprovava aquesta:

la fracció 1/31556925,9747 de l’any tropical, definit per l’1 de gener de
1900 a
les 12 hores de temps d’efemèrides

En aquesta definició, la unitat definitòria de temps era l’any (i no pas el
dia), ja que ja era ben conegut llavors que la rotació de la Terra mostra més
irregularitats que la translació de la
Terra al voltant del Sol. Per any tropical, hom fa referència
a l’any definit a partir dels punts solsticials i equinoccials. Aquest càlcul
és lluny d’ésser directe, i s’elaborava a partir de les Taules del
Sol de Simon Newcomb
(1895) i de les Taules
de la Lluna d’Ernest William Brown
(1919), que recullien observacions fetes
des del 1750. Aquestes observacions astronòmiques acurades permeten definir el temps d’efemèrides (ET).
L’any tropical té una tendència a fer-se més curt (perd 10 segons de rellotge
cada 2000 anys), de forma que la definició de 1956 havia d’aturar l’any tropical
en un moment concret (el migdia del primer dia de 1900). En aquell moment,
l’any tropical mitjà era de 365,2421987 dies, mentre que per l’any 2000 és de
365,242190419 dies.

Aquesta definició tenia els segons comptats, com és lògic, amb l’adveniment
dels rellotges atòmics.
Per damunt dels rellotges mecànics més sofisticats, els rellotges atòmics
aconsegueixen fidelitats de l’ordre d’1 en 1014. Això equival a 1
segon cada 3 milions d’anys. Els rellotges atòmics es basen en l’emissió de
microones que produeixen certes substàncies en moure’s entre dos nivells
energètics. El 1967 s’adoptà una definició atòmica del segon:

la durada de 9192631770 períodes de radiació que corresponen a la
transició entre els dos nivells hiperfins de l’estat basal de l’àtom de
cesi-133

El que és sorprenent és que aquesta definició oblidés el marc de la teoria de la relativitat
general
. Segons la teoria de la relativitat, per tal que determinades
constants físiques (velocitat de la llum, constant de gravitació universal)
siguin constants amb independència del marc d’observació, es fa necessari que
temps i espai siguin relatius a aquest marc d’observació. Així que hom va haver
de definir el segon del sistema internacional a partir del temps propi del nivell 0
d’alçada del geoide
(representació de la forma de la
Terra).

El desenvolupament de trampes magneto-òptics
podria superar en precisió els rellotges atòmics convencionals. No obstant, el
fet el 1997, la definició de segon del sistema universal inclogués "aquesta
definició es refereix a un àtom de cesi en repòs a la temperatura de zero
absoluta"
fa que aquesta millora tecnològica no hagi d’implicar canvis
en la definició sinó únicament en la metrologia.

Dels temps d’efemèrides al temps universal

Ja hem vist com l’observació d’efemèrides astronòmiques va possibilitar el
naixement d’una escala temporal precisa. Però l’augment de la precisió
instrumental i les conseqüències pràctiques de la relativitat general, van
demanar canvis en aquesta escala. Entre les diferents escales que s’introduïren
en els anys 1970 per substituir el temps d’efemèrides, destaca el temps terrestre (TT),
l’escala temporal definida per a la superfície de la Terra.

La base per al temps terrestre la forneix el temps atòmic
internacional
(TAI). El temps atòmics internacional consisteix en una xarxa
de 300 rellotges atòmics situats en 50 laboratoris nacionals diferents. L’ús de
300 rellotges atòmics diferents referma la solidesa d’aquesta escala temporal.

Paral·lelament al temps d’efemèrides, fonamentat en el moviment de la Terra al voltant del Sol, hi
ha escales basades en la rotació de la
Terra, i que arrenquen amb el Greenwich Mean Time (GMT). En
l’actualitat es fa servir el sistema d’escales del temps universal (UT). Correspon
al IERS la realització de les mesures de
rotació de la Terra,
basades en observacions
radioastronòmiques
de quàsars, amb les quals hom obté nivells de precisió
de l’ordre de microsegons.

D’escales de temps universal tenim:

– UT0: l’escala determinada en un observatori a través de l’observació
circadiana de quàsars (i observacions similars).

– UT1: aquesta escala parteix de correccions en l’escala UT0 que tinguin en
compte el moviment polar, és a dir el desplaçament de l’eix de rotació de la Terra respecte l’escorça
terrestre.

– UTR1: és una escala corregida a partir d’UT1. Esmorteeix les oscil·lacions
diàries que poden aparèixer en UT1 per raons diverses, principalment l’efecte
de les marees.

– UT2: aquesta escala, poc utilitzada en l’actualitat, corregeix les
variacions estacionals d’UT1.

– UTR2: aquesta escala combina les correccions estacionals d’UT2 i les
inter-diàries d’UTR1. Les oscil·lacions en l’escala d’UTR2 són degudes a
factors no-predictible de la rotació de la Terra, com les alteracions que poden produir
moviments tectònics, corrents interns planetaris o, fins i tot, determinats
esdeveniments meteorològics.

– UTC: és l’escala que coordina UT1 amb l’escala TAI.

Els segons intercalars

El temps civil, base per a la hora oficial, deriva directament de l’escala
UTC (temps universal coordinat). L’escala UTC és la que vincula les mesures de
rotació de la Terra
dels temps universal (UT1) amb l’escala de rellotges atòmics TAI. Com que la
rotació de la Terra
tendeix a disminuir amb el temps, hi ha una dissonància contínuament creixent
entre UT1 i TAI. Naturalment, aquest enlentiment de la rotació de la Terra no és gran cosa: és
d’1,7 ms cada 100 anys.

El problema és que la definició de segon adoptada el 1967 es basava, com les
anteriors, en les taules de Newcomb. Si agafem el període cobert per aquestes
taules (1750-1892) és cert que el dia solar mitjà de l’època equival a 86400
segons. Però en l’actualitat, el dia solar mitjà té una durada de 86400,004
segons.

Val a dir, que tampoc no es pot fer
una predicció estable de la dissonància acumulada entre UT1 i TAI. La idea
bàsica dels segons intercalars, és que UTC s’ha d’ajustar a UT1, encara que
això impliqui allunyar UTC de TAI. D’aquesta forma UTC:

– reflecteix la rotació de la
Terra i per tant queda ajustada a les necessitats pràctiques
que s’hi basen (sistema d’orientació, etc.).

– utilitza com a pas del temps els segons del sistema TAI, amb la precisió
que això garanteix.

El segon intercalar s’afegeix per tal que la distància entre UT1 i UTC no
sigui superior a 0,9 segons. Quan aquesta diferència (DUT1) depassa els 0,6
segons, la IERS
anuncia la necessitat d’afegir-hi un segon intercalar. Els segons intercalars
s’afegeixen o bé el darrer dia de juny o el darrer dia de desembre. La
necessitat d’afegir segons intercalars és variable: és a dir, cal determinar-la
empíricament i no hi ha forma de predir-la. Per exemple, el 1998 es va afegir
un segon intercalar, però el següent segon intercalar no es va haver d’afegir
fins el 2005; ara bé, enguany, 2008,
ha estat necessari recòrrer de nou al segon intercalar.

L’alternativa als segons intercalars

A partir de demà la diferència entre l’escala TAI i l’escala UTC serà de 34
segons. La diferència en 1972, quan s’establiren les dues escales, era de 10
segons. Dels 24 segons intercalars afegits, 9 s’afegiren en els anys 1970, 6 en
els anys 1980, 7 en els anys 1990 i 2 en la dècada present. L’escala TAI no és
l’única que s’utilitza sense segons intercalars. El GPS utilitza una escala
derivada de TAI, i molts sistemes informàtics utilitzen l’escala Unix. Fer d’UTC una
escala uniforme com totes aquestes, facilitaria la conversió automàtica. Ara
com ara, i donat que els segons intercalars no s’afegeixen amb una regularitat
predeterminada, no és possible convertir exactament una data Unix en segons
corresponent al futur en un data UTC.

Una alternativa als segons intercalars, contemplada internament pel IERS
consistiria en repartir el segon intercalar. Per exemple, l’escala UTC-SLS
repartiria el segon intercalar entre els 1000 darrers segons del 31 de desembre
(o 30 de juny). Cadascun d’aquests mil segons duraria 1.001 segons (és a dir,
1001 milisegons). Val a dir que aquesta reforma no conduiria a un UTC uniforme.

En definitiva, cap solució no és plenament satisfactòria:

1. Identificació UTC  = TAI. Implicaria d’una banda avançar els nostres
rellotges 34 segons. El pitjor, però, seria que el valor DUT1 augmentaria a un
ritme imprevisible. Ara bé, UT1 i les escales de rotació, encara que desproveïdes
de valor civil, en ésser les escales de referència per a usos astronòmics
continuarien en funcionament.

2. Fixació d’UTC = TAI – 34. Si s’optés per això, la pura lògica demanaria
que TAI donés lloc a un escala TAI2 o similar que fos igual a UTC d’ara en
endavant. Altrament, aquesta solució, que té els mateixos inconvenients que la
primera, seria encara més farragosa quant a multiplicitat d’escales
paral·leles. Tant en un cas com en l’altre, equivaldrien a un abandonament
civil de les escales UT.

3. Manteniment del sistema actual. Això seria passar per damunt dels 

3. Manteniment del sistema actual. Això seria passar per
damunt dels inconvenients de la situació actual, que tampoc no és que siguin
gaire elevats (els computadors funcionen amb escales Unix, els GPS funcionen
amb escala uniforme independent d’UTC, etc.)

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada