¿Cómo funciona el tiempo en otros planetas?

Todas las respuestas anteriores son geniales y todas se basan en ciencia precisa. Sí, volver a calcular el tiempo de "aquí" a "allí" puede ser tedioso y, bueno, desafortunadamente aburrido.

Sin embargo, estás desarrollando un juego y, por lo tanto, no es necesario aplicar una ciencia precisa siempre que haya algunas "reglas" sobre cómo fluye el tiempo. Hasta ahora, la idea más genial que he visto sobre eso fue una historia de ciencia ficción donde el tiempo fluía de manera diferente en diferentes partes del planeta. Por ejemplo, si va hacia el norte desde el ecuador, el tiempo se acelerará y si va hacia el sur, se ralentizará.

Si estuviera desarrollando un juego donde el tiempo es una esencia, entonces exploraría las situaciones como esa en lugar de molestarme a mí mismo (y a los jugadores) con preguntas aburridas sobre cómo recalcular el día de Marte al día de la Tierra.

Algunos conceptos básicos:

Cada planeta, luna o asteroide tiene su propio período de rotación a lo largo de algún eje específico. En muy buena aproximación, el período es constante (pero no exactamente). Entonces, cada cuerpo celeste tiene su propia duración del día.

Todos los planetas y asteroides tienen diferentes períodos de rotación alrededor del Sol. Duración del año tan diferente.

Todas las lunas regulares más conocidas de los planetas están bloqueadas por mareas . Entonces, la duración del día de una luna es igual a su período de rotación alrededor del planeta padre.

(Aquí y debajo asumo que todas las órbitas son circulares. Para la mayoría de los planetas y lunas regulares es una buena aproximación, pero incluso en estos casos hay algunos efectos sutiles de elipticidad que no discutiré en esta publicación).

Entonces, a partir de esto, las unidades de tiempo básicas para planetas, lunas y asteroides son la duración del día (día del sol o día sinódico , entre dos mediodías) y la duración del año. Otras unidades - horas, minutos - son artificiales, son nuestra invención.

La duración del día y la fase del día definen las condiciones actuales en un punto determinado de la superficie de un planeta. El mediodía es brillante y cálido, la noche es oscura y fría, para simplificar.

La fase del año (análogo de verano, otoño, invierno) puede ser importante si el planeta tiene una inclinación orbital (el ángulo de rotación no es perpendicular al carril de la órbita alrededor del Sol). La mayoría de los planetas tienen cierta inclinación, por lo que tienen estaciones (invierno frío para el hemisferio superior, verano cálido para el hemisferio inferior y viceversa, cambia cada medio año). También debido a una inclinación, las regiones polares tendrán períodos de noche polar y día polar. Urano (con lunas) es un ejemplo definitivo: debido a su inclinación y la duración del año, tiene noches polares que duran décadas.

En la Tierra definimos los meridianos. Históricamente, el meridiano de Greenwich "ganaba", por lo que ahora usamos el mediodía GMT como punto de referencia para medir el tiempo (simplificado, en realidad es algo más complejo). Para otros cuerpos celestes, los astrónomos hacen lo mismo. Se elige algún punto topográfico prominente (fácilmente identificable) como meridiano cero. Bueno, para los planetas gaseosos no se puede, pero estas bestias tampoco giran como un todo, su rotación es diferencial...

Acerca de la sincronización temporal entre dos cuerpos celestes: se lleva a cabo mediante dos técnicas. Primero, puede lanzar una nave espacial desde el cuerpo celeste A al cuerpo B que lleva un reloj preciso. Actualmente se utilizan relojes atómicos. La segunda técnica es la comunicación por radio (o láser) bidireccional. La señal con la marca de tiempo actual se envía de A a B y luego se vuelve a traducir inmediatamente con la marca de tiempo en B. La velocidad de la luz en el vacío se conoce con alta precisión. Entonces, los relojes en B en A se pueden sincronizar con B.

PD Por supuesto, si el universo del juego tiene diferentes civilizaciones/culturas en diferentes planetas, pueden tener sus propias unidades de tiempo. Las unidades de tiempo derivadas astronómicamente se basarán en la duración del día local y la duración del año, creo, porque es práctico.

El período de rotación de la luna también puede estar involucrado, pero en nuestro calendario gregoriano actual, los meses no son iguales al período de rotación de la luna, ahora los meses están configurados para tener un número entero de meses en el año.

Si un planeta tiene más de una luna, es un tema interesante. Si las lunas tienen períodos proporcionales, estas proporcionalidades también pueden ser unidades de tiempo. Ejemplo más destacado: tres lunas de Júpiter (Io, Europa y Ganimede). Sus periodos son proporcionales como 1:2:4 respectivamente. Así que cada mínimo común múltiplo de los períodos sus posiciones observadas desde el planeta se repiten exactamente. Y no es el único ejemplo en nuestro Sistema Solar.

En el caso de que los períodos de las lunas no sean proporcionales, habrá "desfiles lunares", como los "desfiles de planetas" que observamos desde la Tierra, pero no de forma regular.

Además, no todas las unidades de tiempo se basan en la astronomía. Por ejemplo, la semana es solo una regulación del ciclo de trabajo y descanso. (Aunque tal vez la semana de 7 días fue influenciada por el mes lunar de 28 días).

Actualmente, UTC es la base para el tiempo que se usa en todo el Sistema Solar (editar: sin embargo, no en la ciencia). No solo podrías, sino que tendrías que tener un tiempo universal en un universo futuro. Es una buena suposición que cualquier futuro realista tendrá computadoras, y estas se basan en un tiempo universal para almacenar eventos del lado del servidor.

No existe una razón sólida para que la fecha y la hora oficiales se correspondan con la radiación solar o los patrones climáticos del lado del usuario final. En todo el planeta, ya no lo saben: saber que son las 6 p. m. de mediados de mayo tiene implicaciones completamente diferentes en Estocolmo, Singapur, El Cairo, Adelaida y la estación McMurdo.

Depende de cuán interconectado esté su mundo, por supuesto. Las distancias dentro de la zona razonablemente utilizable del Sistema Solar son bastante cortas: los correos electrónicos de la Tierra a Marte tardarían de 3 a 22 minutos, por lo que el resultado más realista será que todos los planetas no terrestres configuren sus relojes oficiales según alguna zona horaria de la Tierra. Lo más probable es que sea UTC, pero los futuros alternativos podrían hacer que sea la zona horaria dominante del país cultural y económicamente más importante.

Al igual que con las zonas horarias que no coinciden con los patrones de insolación, este ya es parcialmente el caso. Al dividir las zonas horarias, los países no solo tienen en cuenta la geografía, sino también la densidad de población. Algunas áreas poco pobladas se fusionan en zonas horarias comunes, mientras que las áreas cercanas a la zona horaria de la capital a menudo configuran su reloj para su comodidad.

Dentro de un futuro de una estrella, la Tierra dominará en población e importancia económica, por lo que saber si la Bolsa de Valores de Nueva York está abierta o si es hora de The Tonight Show probablemente importará más que si es de día en Marte... posiblemente incluso para más personas en el mismo Marte.

Otros planetas no tendrán los mismos patrones estacionales y de día y noche que la Tierra, por lo que tratar de encontrar los equivalentes de enero y junio de Titán será una tontería. Entonces, lo más probable es que el tiempo sea el tiempo de la Tierra, y la iluminación local y los ciclos estacionales se rastrearán por separado, de la misma manera que tratamos las transmisiones meteorológicas. Estos ciclos pueden ser sus horarios locales.

El verdadero desafío de la definición comienza una vez que ingresa a los sistemas estelares que se mueven a velocidades relativistas entre sí, lo que significa que los relojes no se pueden mantener sincronizados sin usar diferentes unidades de tiempo. La hora local y la hora terrestre cambiarán de manera diferente en la misma cantidad de hora local. Los satélites GPS ya tienen que corregirlo, pero solo tienen un trabajo simple, no una infraestructura completa para ejecutar.

Actualmente no existe un marco acordado para administrar el tiempo relativista en todo el universo (editar: pero lo hay en el Sistema Solar). El segundo de hardware tiene que ser el segundo local, para mantener la compatibilidad de los generadores de reloj, pero lograr que no sea un segundo en el mundo natal requerirá muchos ajustes mentales. Se complica seriamente cuando dos colonias en diferentes marcos de referencia intentan ponerse de acuerdo entre ellos y la Tierra. Con toda probabilidad, el concepto de tiempo lineal resultará inaplicable para la comunicación interestelar; las marcas de tiempo tendrán que ser de 4 dimensiones.

Con respecto a "¿Hay alguna forma de saber qué hora es en otro planeta?", Por supuesto, podría realizar un seguimiento de la hora local en un lugar específico en otro planeta. De forma similar a cómo una sala de redacción puede tener relojes para Nueva York, Londres y Tokio, podría agregar otro reloj para Mars City. Este reloj tendría que funcionar un poco más lento que los relojes de la Tierra, ya que un día marciano es de 24h 37m, por lo que las manecillas deberían tardar más en completar una revolución.

Tenga en cuenta que debido a que la duración de los días de la Tierra y Marte no son múltiplos enteros simples, la relación entre el tiempo de Nueva York y la ciudad de Marte variará continuamente con el tiempo y tendrá un ciclo muy largo antes de repetirse. Un día, el mediodía local de Nueva York y la ciudad de Marte podrían coincidir, pero una semana más tarde, el mediodía local de la ciudad de Marte ocurrirá a las 4:31 p. m., hora de Nueva York. Por lo tanto, la conversión entre la hora de Nueva York y la ciudad de Marte no es tan simple como convertir entre zonas horarias: en la Tierra, si sé qué hora es en Nueva York, puedo decirle qué hora es en Londres, ya que esa relación es fijado. Ese no es el caso de Mars City, ya que esa relación cambiará todos los días; dado solo la hora de Nueva York, no puedo decirle qué hora es en Mars City. Lo mismo es cierto para el calendario en lugar del reloj. Un año de Marte es 1.88 años terrestres,

Sería posible tener un reloj y un calendario universales, pero tendría que estar desvinculado de los patrones celestes normales que asociamos con los ciclos diarios y anuales en la mayoría de los lugares. Podríamos obligar a Mars City a usar un reloj de 24 horas como el de Nueva York, lo que permitiría una sincronización más sencilla de las horas entre los planetas, pero la hora no sería tan significativa para las rutinas diarias de los ciudadanos marcianos. Un día, las 12 p. m. sería el momento en que el sol está directamente sobre su cabeza, mientras que unas semanas más tarde, las 12 p. m. ocurrirían en la oscuridad de la noche. Un reloj como este no sería muy útil para humanos sensibles a los ritmos circadianos, pero podría tener aplicaciones en comunicaciones para evitar tener que convertir tiempos, lo que requerirá saber tanto la hora como la fecha.

Todos los demás han dado respuestas muy perspicaces. Déjame darte una más directa,

Creo que esto funcionaría como zonas horarias.

[...] UTC pero para planetas

En la Tierra expresamos momentos en un tiempo local en relación con UTC como compensaciones. Por ejemplo, estoy en el horario de verano del este en este momento, que tiene un desplazamiento de -04:00. Así que mi marca de tiempo es 2020-05-21 14:11:00-04:00. Para convertir a UTC, simplemente haga lo contrario del desplazamiento, así que agregue 4 horas. 2020-05-21 18:11:00Z. Esto funciona en todas partes de la Tierra porque todos estamos en un planeta.

Los días de Marte son 1 día terrestre y 37 minutos. Debido a eso, no hay realmente una manera con un desplazamiento simple como nuestras zonas horarias para expresar la diferencia entre la hora local marciana y la UTC. Lo mismo para los años, no tienen la misma duración, son 687 días. (Estoy redondeando e ignorando los años bisiestos). Para convertir de una hora local marciana a UTC, necesitaría saber cuánto duran los días marcianos (1477 minutos), cuánto dura un año marciano (687 días), pero eso no es suficiente. Necesitaría algún momento en el tiempo en el que se conociera la fecha y hora local de todos los planetas. una época Vamos con UTC 0000-01-01 00:00:00Z. Inventemos que la fecha marciana es el 1 de junio y la hora es el mediodía. Así que necesitaríamos saber algo como +06-01 12:00:00. Y tú'

Entonces, una marca de tiempo marciana podría verse como algo así 2020-11-22 00:11:00 +06-01 12:00:00, pero esto solo está convirtiendo una especie de "GMT" para Marte a nuestro tiempo. Si lo desea, puede agregar algún otro desplazamiento. Pero se complica. Pero esto está mal porque no incluí el multiplicador. No tengo idea de cómo especificar eso concisamente.

En general, debe pensar en qué tiempos se utilizarán. En nuestro mundo, el tiempo sincronizado no era realmente una preocupación importante hasta que se construyeron los ferrocarriles. Del mismo modo, tal vez solo los puertos espaciales y las comunicaciones interplanetarias deban preocuparse por esto.

Puede ser útil leer sobre la historia del cronometraje humano y los diferentes problemas para los que fue diseñado.

La primera y más obvia unidad de tiempo es el día. La evolución ha inventado el ritmo circadiano para alterar nuestros comportamientos biológicos en torno al ciclo día/noche, incluido un período de sueño nocturno. La melatonina es la hormona humana del sueño y su producción es suprimida por la presencia visible de luz azul cielo de 400nm, esto está integrado en nuestra biología por la evolución.

Un exoplaneta también puede tener un día muy corto, digamos menos de una hora, o puede ser una luna con un ciclo de día/noche de un mes. Si su planeta está bloqueado por mareas, es posible que no tenga un ciclo de día y noche, o que tenga una región polar que experimente "días" estacionales en los que el sol no sale ni se pone durante 6 meses a la vez.

Hubo un experimento en el que los humanos se mantuvieron en una cueva sin acceso a relojes ni luz solar. Los humanos eventualmente se ajustaron a un horario de sueño/vigilia de 36 horas.

En un entorno carcelario, simplemente comenzaría a contar los ciclos de día y noche desde el evento más significativo en la historia de su entorno: como la primera llegada o un cambio importante en la estructura social. La mayoría de los calendarios cuentan desde el nacimiento de su profeta/líder fundador.

No todos los idiomas tienen la capacidad de contar, y el marco lingüístico puede estar limitado a: uno, dos, tres, muchos

La siguiente evolución en el tiempo es reconocer otros patrones estacionales, como la luna, las estaciones y el año. El calendario lunar no requiere ninguna tecnología para realizar un seguimiento, pero no se sincroniza exactamente con el ciclo anual (12,37 lunas por año).

Fueron necesarios bastantes intentos para obtener la medición correcta de un año. El calendario juliano romano ha tenido en ocasiones 304, 355, 365, 377 días, con entre 10 y 12 meses. El patrón de diseño histórico habitual es que el calendario se desincronizó notablemente con las estaciones, luego el calendario se remendó con meses bisiestos, inventando nuevos meses o rediseños ocasionales para modificar la cantidad de días en el año. Medir un año requiere que los estadísticos midan las estaciones (como la primera flor de la primavera). Seguimos añadiendo días bisiestos y segundos bisiestos.

El año es importante principalmente para medir las estaciones, de las cuales depende nuestra supervivencia a través de la agricultura. Es importante saber cuándo plantar los cultivos y cuándo cosechar.

Los festivales a menudo se llevan a cabo para marcar la transición entre estaciones y el cambio de reglas/expectativas culturales. En la antigua Grecia, los Juegos Olímpicos se celebraban cada cuatro años y marcaban un período durante el cual no se podía llevar a cabo la guerra. Otros festivales marcan días que recuerdan eventos históricos o momentos en los que se pueden practicar excepciones a las reglas sociales habituales (Baile de máscaras de Venecia, o el 29 de febrero, cuando una mujer puede proponerle matrimonio a un hombre)

Para un planeta bloqueado por mareas sin estaciones, el sol siempre está al mediodía y el año puede ser un concepto bastante sin sentido.

El reloj se inventó por primera vez para que los monjes pudieran tener un despertador para las oraciones de la mañana. Antes de eso, existía el reloj de sol (basado en la posición relativa del sol) o el reloj de arena (que es algo inexacto). La búsqueda de relojes cada vez más precisos resultó ser la solución para la navegación naval y, posteriormente, el GPS.

El método de la física moderna del reloj atómico es medir la frecuencia vibratoria constante de los átomos de cesio. Las complicaciones del software para describir los segundos bisiestos ahora están impulsando una tendencia hacia el tiempo atómico absoluto, con una mayor aceptación de permitir que el día solar se desincronice unos segundos con el tiempo atómico.

Las zonas horarias solo se requirieron realmente después de la invención del telégrafo y el teléfono. Esto marca el reloj de sol que asume la posición compartida del sol del mediodía. El requisito es sincronizar los relojes, incluso con el abuso de los días solares. Algunas zonas horarias extremas (como el oeste de China) pueden tener más de 2 horas de sincronización con respecto al día solar. Aquí la zona horaria casi ha sido impuesta por la conquista.

Una civilización alienígena podría verse obligada a vivir bajo un reloj o zona horaria impuesta. De lo contrario, para una colonia en Marte, mantendrían dos relojes y calendarios diferentes: el tiempo de Marte y el tiempo de la Tierra. Las diferentes tareas y eventos se alinearían con cada calendario, por lo que algunas personas de Marte aún pueden optar por mantener un horario de sueño del reloj de la Tierra.

El día marciano (denominado “sol”) es aproximadamente 40 minutos más largo que un día en la Tierra. Esto conduce a problemas de sincronización interesantes, equivalentes al desfase horario causado en un barco mercante que viaja en una zona horaria todos los días.

El cuerpo humano también puede entrenarse en ciclos de sueño alternativos como el Uberman, que usa siestas de 6 x 20 minutos durante el día, sin un sueño profundo de más de 6 horas. A veces, esto lo usan los navegantes solitarios que necesitan mantener una vigilancia constante.

Para un planeta alienígena, haz las siguientes preguntas:

• ¿Cuáles son los eventos naturales fácilmente observables y repetibles en el medio ambiente?
• ¿Existen tendencias estacionales importantes en el medio ambiente?
• ¿Cómo cambia el comportamiento durante diferentes períodos de tiempo?
• ¿Qué tecnología está disponible para medir el tiempo?
• ¿Cuáles son los principales acontecimientos históricos de su civilización?

Esta es una posibilidad remota. Pero escuchar es mi menos de dos centavos desde un punto de vista no científico.

Excepto por los días, los años solares/lunares y las estaciones, el tiempo es una construcción hecha por el hombre. Las sociedades han estandarizado nuestras expresiones de tiempo. La sociedad dominante ha coaccionado, convencido, coordinado, comprometido u obligado a las otras sociedades restantes a adoptar convenciones universales de tiempo. La duración de un segundo no tiene base científica más allá de las que le hemos asignado retroactivamente. Por lo tanto, su problema es sociológico en lugar de científico.

Caso en punto. Ha habido muchos tiempos diferentes que marcan el comienzo de un año terrestre basado en cada sociedad. Ahora, generalmente exceptuamos un Día de Año Nuevo universal con un sistema de numeración de años estandarizado. Incluso el comienzo del día se basa arbitrariamente en la hora de una línea del globo que pasa por una ciudad (relativamente) arbitraria de la Tierra. Los pilotos (especialmente los internacionales) tienen que lidiar con esto. Los relojes de aviación se basan en la convención UTC de 24 horas. No necesariamente cuando sale el sol.

Entonces, volviendo a tu problema. Cualquier persona en cualquier sociedad en cualquier planeta en el que se base su juego o libro tendrá que cumplir con las convenciones de tiempo de la sociedad dominante. Incluso si la sociedad dominante no se basa en ese planeta en particular. Si la sociedad perteneciera a una alianza de cooperación, pueden compartir un esquema de tiempo coordinado para los intereses de la alianza mientras mantienen el uso interno de sus propios estándares de tiempo planetario.

Para coordinar tiempos entre planetas, debe medir los incrementos de tiempo con algo que no cambie independientemente de dónde se mida. Me vienen a la mente las vibraciones de cierto átomo o elemento. El truco será coordinar el inicio simultáneo de cuando comience la convención de tiempo. Cuándo es la hora cero (Año 0, día 0, 00:00:00.00). Incluso podría ser retroactivo a un punto arbitrario en el tiempo anterior a la formación de la alianza.

La destilación/compresión/lo que sea del tiempo debido a los efectos relativistas de cosas como la gravedad será una bola de cera diferente. Tendrás que tener una herramienta de medición que no se vea afectada por los efectos. O bien, tendrá que tener una forma de ajustar la medición del tiempo para mantener todos los relojes coordinados. Me viene a la mente un reloj fuera del alcance de los efectos, o una señal de comunicación que difunde la hora a todos los ciudadanos y relojes.

El tiempo "verdadero" (o "aparente") viene dado por la altitud solar local (=elevación) y el azimut (=rumbo); los puntos de referencia son el amanecer, el mediodía/tránsito y el atardecer con el meridiano local. Pero Sun alt/az de estos 3 momentos cambian de un día a otro, por lo que también se define "tiempo medio".

Cómo cambia la trayectoria alt/az del Sol en meses:

La diferencia entre los tiempos verdadero y medio da lugar a la curva analemma (alt vs az o declinación vs tiempo) y la Ecuación del Tiempo (tiempo vs tiempo).

Analema como declinación vs tiempo (coordenadas planetocéntricas):

Analema como altitud vs azimut (coordenadas topocéntricas):

Evolución del analema durante el día:

Para conocer la hora local del planeta, debe conocer la longitud eclíptica del Sol (Ls) y el estado de rotación del meridiano principal del planeta: cuando coinciden, es lo que podríamos llamar "Mediodía de referencia del planeta".