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



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 *

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

 

 



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 *