La medida de Tiempo

Lección 2
La medida de Tiempo
Al paso de la existencia, continuo e irreversible, le llamamos tiempo. Para medir el paso del tiempo
definimos unidades y acordamos referencias en función del movimiento de los objetos celestes. En la
astronomía y astrofísica usamos diferentes definiciones de tiempo, que para la observación el cielo resultan
más útiles que el tiempo civil.
2. Medida del tiempo
Los movimientos de la Tierra y la Luna definen las
unidades básicas de tiempo: el día, el mes y el año.
Actualmente la unidad de básica en los sistemas de
unidades mas usados es el segundo, que queda definido
con muy alta precisión por los relojes atómicos que se
localizan en la Oficina Internacional de Pesas y
Medidas, y en otros sitios del mundo con dinero
suficiente para adquirir uno de estos caros relojes. De
cualquier forma esos relojes se basan todavía en
intervalos de tiempo relacionados con acontecimientos
astronómicos.
ángulo de inclinación de la Tierra). Hay dos razones
para que el movimiento del Sol sobre la esfera celeste
no ocurra a velocidad constante. La primera es que
debemos recordar que la órbita de la Tierra no es
exactamente circular, es una elipse, donde la velocidad
orbital de la Tierra es mayor cuando está más cerca del
Sol y es menor cuando está más lejos. La segunda
razón es que la eclíptica está inclinada respecto al
ecuador celeste. Entonces, la componente de la
velocidad hacia el este, con la que vemos moverse al
sol sobre la eclíptica, dependerá de la época del año.
Lo anterior ocurriría aún si la órbita de la Tierra fuera
circular.
En cualquier lugar sobre la Tierra, un día solar se
define como el tiempo que transcurre entre un
mediodía y el siguiente. Aquí, "el mediodía" quiere
decir el instante cuando el Sol cruza el meridiano -esta
línea imaginaria que definimos en la lección 1 y que
cruza de norte a sur pasando por el cenit del
observador. El tiempo solar medio sería el tiempo que
mide un reloj de sol, si está bien instalado.
Pero esta forma natural de medir la duración de un día
tiene dos desventajas serias: la duración del día solar
varía a lo largo del año, y la hora a la que ocurre el
mediodía varía de un lugar a otro sobre la Tierra.
2.1 Día solar medio.
Para completar un día solar necesitamos que la Tierra
de una vuelta alrededor de su eje. Al mismo tiempo la
Tierra se mueve sobre su órbita alrededor del sol. Estos
dos movimientos implican que cada vez que el Sol
pasa por el meridiano de un observador en dos días
consecutivos, la Tierra ha tenido que girar un poco más
de 360º (ver Figura 2.1). La Tierra gira alrededor de su
eje a velocidad prácticamente constante, mientras que
la velocidad de la Tierra moviéndose alrededor del Sol
(velocidad orbital) cambia con el tiempo. Esto implica
que la velocidad con la que vemos moverse al Sol
sobre la esfera celeste cambia. La línea imaginaria
sobre la que se mueve el Sol sobre la esfera celeste se
llama la Eclíptica y resulta estar inclinada sobre el
ecuador celeste por 23.5º (porque es el “reflejo” del
Figura 2.1: Movimiento de la Tierra en un día solar.
Para que el Sol pase por el meridiano de un lugar
dado en dos días consecutivos, la Tierra deberá
recorrer un arco de 0.96 grados sobre su órbita.
La combinación de estos dos efectos produce que el día
solar varíe alrededor de medio minuto en el transcurso
del año. No es una variación grande, pero resulta
inaceptable para las observaciones astronómicas y para
muchos acontecimientos de la vida diaria. La solución
ha sido definir un día solar ficticio, o día solar medio,
en el que el un Sol ficticio se mueve alrededor del
ecuador celeste a velocidad constante. Este es el día
que miden nuestros relojes (atómicos, digitales o
analógicos) y por definición, el tiempo que tarda en
transcurrir un día ficticio es constante. Un día tiene 24
horas, cada hora tiene 60 minutos y cada minuto tiene
60 segundos, por lo que un segundo es 1/86,400 días
solares.
2.2 Tiempo sideral.
Sideral es una palabra que significa “relativo a las
estrellas”, por lo cual el tiempo sideral es la medida
del tiempo relacionada con el movimiento aparente de
las estrellas, es decir con el movimiento del la esfera
celeste. En la sección 2.1 hemos mencionado que, al
mismo tiempo que la Tierra da vueltas sobre su eje, se
mueve sobre su órbita alrededor del Sol y que esto
provoca que tenga que girar un poco más sobre su eje
para completar un día solar (ver Figura 2.2). Si ahora
quisiéramos medir el tiempo que tarda una estrella en
pasar por el meridiano de un lugar en dos días
consecutivos
(dos
culminaciones
sucesivas),
encontraremos que tarda menos de las 24 horas que
definimos como día solar medio. La razón de esto es
justo ese ángulo extra que debe girar la Tierra sobre su
eje para completar un día solar. Un día sideral es
menor que un día solar medio por 3m55.91s.
Figura 2.2: División de la Tierra en 24 zonas
horarias. La zona horaria cero corresponde al
meridiano que pasa por Greenwich, Inglaterra.
Puede notar que la forma de las zonas horarias
varia entre países, según la división política de los
mismos.
2.4 Año solar medio y calendarios.
Ahora revisemos la definición de año y cómo
organizamos los días para construir calendarios. El
llamado año solar (año trópico) se define como el
intervalo de tiempo que transcurre entre una estación y
otra, por ejemplo de primavera a primavera. El año por
convención se divide en meses, que en los primeros
calendarios quedaban definidos por las fases de la
Luna. El problema que había con esos meses es que un
mes lunar o mes sinódico no contiene un número
entero de días solares medios, y por lo tanto el año no
contenía un número entero de meses y días. Muchos
calendarios antiguos eran lunares, con meses de unos
29.5 días solares medios. El calendario moderno
(occidental) conserva los meses como subdivisiones
convenientes, pero ya no tienen importancia los
periodos lunares.
2.3 Hora legal y zonas horarias.
Ahora bien, todos los relojes del mundo hacen tictac a
tasa constante, pero esto no implica que los
observadores en diferentes lugares vean el medio día al
mismo tiempo. Desde 1884 en todo el mundo se
comenzó a usar la que llamamos hora legal u hora
civil, que implica que todos los lugares dentro de un
meridiano específico adopten la misma hora. La Tierra
se divide en 24 meridianos, y a cada meridiano
corresponden 15º de arco. La división de estos
meridianos se los conoce como zonas horarias o
husos horarios (ver Figura 2.2).
Para el uso de la hora legal se define como referencia la
hora en el origen de los meridianos, donde la longitud
es 0º, es decir, en el meridiano de Greenwich. A su vez
se ha convenido que en el meridiano 180º ocurra el
cambio de fecha, por lo que a la línea imaginaria que
delínea este meridiano se le conoce como línea
internacional de cambio de fecha.
Un año solar medio tiene 365.2422 días, lo que implica
que “sobra” una fracción de día respecto de un año
civil que tiene 365.0 días. Esta fracción se acumula y
agrupa de modo que cuente como día extra luego de
algunos años, para que al paso de los años los
calendarios no queden desfasados de las estaciones. En
el año 46 aC el emperador romano Julio César decretó
que el calendario incluyera un día suplementario cada
cuatro años suponiendo que el año medio tiene 365.25
días. Este es el calendario Juliano, que resultó una
gran mejora, ya que por entonces a los calendarios
lunares, que tenían 354 días en un año, había que
aumentarles un mes extra cada tres años.
En el caso de México, la hora legal que rige al país
durante el año corresponde a 4 meridianos: 75º, 90º,
105º y 120º W.G. (donde W.G. significa al oeste del
meridiano de Greenwich. En Baja California Sur,
Chihuahua, Nayarit y Sinaloa se usan 105º y 90º (105º
por ubicación y 90º por horario estacional u hora de
verano). En Sonora se usa el meridiano 105º. En Baja
California se se usan los meridianos 120º y 105º y en
el resto del país se usa los meridianos 75º y 90º.
De todos modos el calendario Juliano no corresponde
al año solar medio, por lo que al paso del tiempo este
calendario se desfasó respecto de las estaciones del
año. Para 1582 la diferencia ya era de 10 días, por lo
que el Papa Gregorio XIII decretó otra reforma, que
define al calendario Gregoriano. Se saltó los 10 días
que sobraban reiniciando el equinoccio de verano el 21
de marzo. Cambió la regla para años bisiestos de modo
que se omita el día suplementario en los años que sean
La hora legal del día solar ficticio sobre el meridiano
de Greenwich define lo que llamamos tiempo
universal (UTC –Universal Time Coordinated).
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múltiplos de 100, pero que se conserve en los que sean
múltiplos de 400. El efecto de esto hace que el año
solar medio tenga ahora 365.2425 días.
La corrección más reciente al calendario Gregoriano
declara que los años 4000, 8000, etc., no serán años
bisiestos, esto mejora su exactitud hasta en un día cada
20,000 años.
2.5 Fecha Juliana
Como los años y los meses del calendario cicil tienen
un número variable de días, es difícil calcular la
diferencia de tiempo entre dos eventos consecutivos.
Los astrónomos se han inventado varios métodos para
numerar días consecutivos. El método más usado en el
mundo es el de las fechas julianas o días julianos, que
contrario a lo que su nombre indica no está relacionado
con el calendario juliano. La única conexión con el
calendario juliano es la longitud de un siglo juliano con
36,525 días. El día juliano cero corresponde al 1ro. de
enero del año 4713 a.C. al medio días del meridiano de
Greenwich. Y como la suma de días desde entonces
provoca que las fechas julianas sean números muy
grandes, se hace uso de la fecha juliana modificada.
Para usar esta fecha juliana modificada se puede elegir
el punto cero del conteo en una fecha específica, por
ejemplo el 1ro de enero del año 2000. Es claro que si se
usa la modificación a la fecha juliana se debe decir la
fecha que se usa como punto cero del conteo.
Existen fórmulas diseñadas para encontrar la fecha
juliana que corresponde a cualquier día, pero no las
comentaremos aquí. Los anuarios y almanaques que se
usan en los observatorios publican anualmente las
fechas julianas que corresponden a cada día del año.
Por ejemplo, la fecha juliana que corresponde al
viernes 31 de agosto, a las 0h del meridiano 90º W. G.
es 2454343.75.
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