¿Cómo puede un día tener exactamente 24 horas? [cerrado]

El día solar más largo del año dura aproximadamente 24 horas 0 min 30 segundos (ocurre a mediados o finales de diciembre), mientras que el día solar más corto del año dura aproximadamente 23 horas 59 min 38 segundos. Si promedio ambos, obtengo un día solar promedio de 24 horas + 4 segundos. ¿Por qué entonces se dice que son exactamente 24 horas 0 minutos 0 segundos?

¿Usar un día solar de 24 horas como definición de día no causaría la compensación de 4 segundos cada año solar?

Relacionado: "Salto de segundo" , Wikipedia.
Visite también jumpsecond.com para obtener una gran cantidad de artículos sobre el cronometraje, especialmente los artículos de Steve Allen del Observatorio Lick. Esa es una página bastante antigua, y algunos de sus enlaces ahora están muertos, pero todavía hay mucha información buena allí.
¿Una discrepancia de +4 segundos por día no conduce a una discrepancia de 24,3493 minutos por año?
¿Son los días solares el tipo correcto de día para usar? También tenemos días siderales y otras definiciones de "día". Vale la pena señalar: durante 6 meses, usando días solares, el mediodía se convierte en medianoche (según la posición del sol en el cielo)
@Nat: esto no tiene casi nada que ver con los segundos bisiestos. Tiene mucho más que ver con que pensar que la duración del día promediada en el transcurso de unos pocos años es igual al promedio de la duración mínima y máxima del día no es válido. Hay muchas funciones pseudocíclicas en las que la media no es el promedio del mínimo y el máximo, siendo la ecuación del tiempo un buen ejemplo.
@DavidHammen La pregunta se basa en la premisa de que se puede pensar que un día tiene exactamente 24 horas, junto con el cálculo del autor de la pregunta de una media verdadera. El artículo sobre los segundos bisiestos aclara cómo se desvía realmente el promedio de 24 horas.
@Nat: no estoy de acuerdo. La desviación de cuatro segundos de 86400 segundos es más de tres órdenes de magnitud mayor que la diminuta desviación de 2,5 milisegundos que da como resultado la necesidad de segundos intercalares. Si el día solar medio tuviera una duración de 86404 segundos, necesitaríamos 4 segundos bisiestos todos los días, o dos minutos bisiestos al mes. Pero no lo es. El día solar medio permanece muy cerca de tener 86400 segundos de duración.
@DavidHammen Eso es correcto, aunque no estoy seguro de con qué no estás de acuerdo.
@Nat: no estoy de acuerdo con que esto tenga algo que ver con los segundos intercalares.
@DavidHammen No sé qué decirte. Estaba vinculando el artículo porque proporcionó un contexto que sentí que sería útil, ya que otros parecían estar de acuerdo. Creo que lo estás malinterpretando como un intento de responder la pregunta.
Dados los dos votos para cerrar por no estar claro, está bastante claro lo que esta pregunta está preguntando: Dada una función cíclica, ¿se puede usar el promedio del mínimo y el máximo como un proxy para la media? La respuesta es que esta es una aproximación razonable de orden cero, pero con la salvedad de que el resultado puede desviarse bastante de la media.
¿Calcularía la edad promedio de la población como la mitad de la edad de la persona de mayor edad?
Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque esta pregunta pertenece a Astronomy Stack Exchange.
Estimado @ObsessionWithElectricity, La existencia de una respuesta bien recibida no indica si la pregunta pertenece a este sitio o no. Espero que aprecies la distinción. ¡Salud! :)
Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque carece de suficiente investigación previa.
@DavidHammen Entonces no es una gran pregunta de física, ¿verdad?
@DvijMankad Solo para referencia futura, esa no es una razón para cerrar una pregunta.
@DavidZ Creo que mencionaste este punto una vez, pero todavía no lo entiendo. ¿Por qué no es una razón para cerrar una pregunta si pertenece a Astronomy SE pero es una razón si pertenece a, digamos, Mathematics SE? ¿O estás sugiriendo que cualquiera de las dos no es una razón? No creo que este último pueda ser el caso porque la pregunta que pertenece a Mathematics SE figura como una de las razones para emitir un voto cercano, ¿verdad? :/
@Dvij Discutamos esto en otro lugar. Sería un buen tema para una meta publicación, pero también estaría feliz de discutirlo en el chat si lo prefiere.

Respuestas (4)

No se puede calcular la duración de un día solar medio simplemente tomando la media de los días solares aparentes más cortos y más largos. Eso funcionaría si la duración aparente del día variara de forma lineal simple, pero ese no es el caso.

Del artículo de Wikipedia sobre la ecuación del tiempo ,

La ecuación del tiempo describe la discrepancia entre dos tipos de tiempo solar. [...] Los dos tiempos que difieren son el tiempo solar aparente, que sigue directamente el movimiento diurno del Sol, y el tiempo solar medio, que sigue un Sol medio teórico con movimiento uniforme.

Este gráfico muestra las diferencias acumuladas entre el tiempo solar medio y aparente:

ecuacion de tiempo

La ecuación del tiempo: sobre el eje, un reloj de sol aparecerá rápido en relación con un reloj que muestra la hora local media, y debajo del eje, un reloj de sol aparecerá lento.

Para calcular correctamente la duración media del día solar, debe integrar la duración aparente del día durante todo el año. (Y debe decidir exactamente cómo definir la duración del año, que es una historia completamente complicada por derecho propio).

Hay dos causas principales de la ecuación del tiempo.
1. La oblicuidad del plano de la órbita de la Tierra (el plano de la eclíptica), que está inclinado aproximadamente 23° con respecto al plano ecuatorial. Esta inclinación también es responsable de las estaciones.
2. La excentricidad de la órbita de la Tierra, que hace que la velocidad orbital de la Tierra varíe a lo largo del año. El siguiente gráfico muestra cómo estos dos componentes se combinan para crear la Ecuación del Tiempo.

Ecuación de los componentes del tiempo

Ecuación del tiempo (línea continua roja) y sus dos componentes principales representados por separado, la parte debida a la oblicuidad de la eclíptica (línea discontinua malva) y la parte debida a la velocidad aparente variable del Sol a lo largo de la eclíptica debido a la excentricidad de la órbita de la Tierra (raya azul oscuro y línea de puntos)

Consulte el artículo de Wikipedia vinculado para obtener más detalles.

Tengo más información, con gráficos mejores y adicionales, en nuestro sitio hermano.
https://astronomy.stackexchange.com/a/48253/16685
Esta respuesta tiene más detalles, gráficos y algo de código de Python:
https://astronomy.stackexchange.com/a/49546/16685

Y, luego, de vez en cuando, necesitamos segundos bisiestos .
@Draco18s ¡Claro que sí! El cronometraje preciso es un asunto complejo y sutil. Ver jumpsecond.com , que también vinculé en mi comentario sobre la pregunta.
Vale la pena señalar que, en términos de la duración real de un día (más o menos de 24 horas), la línea malva en ese diagrama hace una contribución sustancialmente mayor que la línea oscura, más de lo que sugiere este diagrama. La razón es que la duración de un día es efectivamente la derivada temporal de la ecuación del tiempo; y la línea malva es bastante más pronunciada que la línea oscura (además de tener una amplitud ligeramente mayor).
@DawoodibnKareem: no llamaría a ~ 20% más pequeño significativamente menos. Yo los llamaría casi de la misma magnitud. Lo que es más importante es la diferencia de fase. Los dos contribuyentes de las curvas están más cerca de estar en fase entre sí a principios de noviembre que a fines de febrero.
@DavidHammen No has entendido mi comentario. No es la magnitud lo que afecta la duración del día, es la pendiente. La línea malva tiene la mitad del período de la línea oscura, por lo que si tuvieras que trazar su pendiente, encontrarías que hace más del doble de la contribución que hace la línea oscura.

El valor promedio de una distribución no es el promedio de su mínimo y máximo. Por ejemplo, el valor promedio de (0,0,0,4) es 1, no 2. La excentricidad de la órbita de la Tierra no es 0, ni la de la Luna, por lo que su distribución de la duración del día probablemente sea ligeramente asimétrica, de ahí la discrepancia de 4 segundos. . Sume toda la duración del día de un año, divida por el número de días, obtendrá un mejor valor.

La definición original de una hora era 1/24 de un día, sin importar cuán largo fuera el día en ese momento. Las duraciones que está citando solo son posibles con la ayuda de definiciones extremadamente modernas que son posibles al redefinir el segundo (manteniendo el minuto y la hora fijos en 60 segundos y 3600 segundos, respectivamente).

No estoy en desacuerdo, pero ¿tiene 1) una fecha en la que se convirtió en la definición oficial de una hora y 2) cuando se determinó convencionalmente usar 1/24 y no 1/10 o 1/20 de un día? He leído fuentes no documentadas que mencionan que la luz del día se divide en décimos históricamente antes de los doceavos.
El día solar medio es 86400,0025 segundos , por lo que, si bien el motivo de esta respuesta tiene algún efecto, solo representa 2,5 ms de la discrepancia de 4 segundos en la pregunta.

La definición de 24 horas (exactamente) del día solar medio solo se aplica si utiliza la escala de tiempo UT1. Como han mencionado otros, el día solar medio no es el promedio del día solar aparente más corto y más largo, y debe considerar la ecuación del tiempo para calcular el día solar medio promediando todos los días solares aparentes en un año.

Si utiliza la definición de un segundo basada en el sistema métrico, que es utilizado por el tiempo atómico (TAI), UTC y las escalas de tiempo del tiempo terrestre (TT), la duración del día solar medio no es exactamente 24 horas. La definición del segundo SI, además de ser una escala atómica, se basa en el día solar medio de 1900 determinado por Newcomb (en realidad corresponde al día solar medio de mediados del siglo XIX), cuando la rotación de la Tierra era más rápida Que hoy. Hoy en día, el día solar medio es ligeramente más largo que en el pasado (medido por un reloj atómico), y la duración del día solar medio en TAI segundos es mayor que en UT1. Para corregir la diferencia, los segundos intercalares se introducen de 0 a 2 veces al año en la escala de tiempo UTC en función de las observaciones de la rotación de la Tierra, para mantener el UTC sincronizado con UT1 a menos de 0,9 s.

La longitud del segundo SI depende de la ubicación, y TAI se basa en observaciones realizadas por relojes atómicos en varios laboratorios de todo el mundo ("UTC (k)") y corregido por el geopotencial en el nivel del mar. TT es una longitud teórica del segundo SI en el geoide y, como tal, nunca se conoce a la perfección. La aproximación del TT pasado es revisada anualmente por BIPM. Por el contrario, TAI y UTC se determinan y mantienen fijos después de aproximadamente 1 mes del hecho (publicado regularmente en Circular-T por BIPM). Las escalas de tiempo UTC(k) específicas del laboratorio y el tiempo GPS (basado en el Reloj Maestro del Observatorio Naval de EE. UU.) se conocen en tiempo real. Otras escalas de tiempo incluyen el tiempo geocéntrico, el tiempo baricéntrico y el tiempo de las efemérides. La duración de 1 s es ligeramente diferente entre todos ellos, parte de la diferencia se debe a que el tiempo pasa de manera diferente según la ubicación en el potencial de gravitación. Por ejemplo, el tiempo pasa más rápido en el sistema solar que en la superficie de la Tierra en alrededor de 0,5 segundos al año.

Históricamente, el tiempo medido por la rotación de la Tierra era el más preciso y se suponía que el día solar medio era constante igual a 86400 s. Esto cambió con la introducción del tiempo de las efemérides, luego reemplazado por el reloj de cuarzo y el reloj atómico, lo que llevó a la redefinición del segundo. Se desviarán aún más a medida que la rotación de la Tierra disminuya.

Referencias:

Figura 1. Exceso a 86400s de la duración de los días, solución GPS combinada, 1995-1997. De https://www.iers.org/IERS/EN/Science/EarthRotation/LODgps.html

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 2. TAI-UT1 y TAI-UTC. De McCarthy y Seidelmann (2018).

Gracias por mencionar Terrestrial Time , etc. No quería bajar las escalas de tiempo en mi respuesta (aunque proporcioné un enlace a artículos sobre estos temas en un par de comentarios), pero supongo que es bueno para dar a la gente un breve vistazo de este material. ;)
Los segundos bisiestos no tienen absolutamente nada que ver con el error del OP de 4 segundos en su intento de calcular la duración del día solar medio. Toda la información en esta respuesta es verdadera, pero completamente ajena a la pregunta.
@DawoodibnKareem Creo que está relacionado porque la respuesta a la pregunta de cuánto dura el día solar medio no es "24 horas 0 min 0 segundos exactamente", no cuando usa la definición convencional de 1 s. Las otras respuestas no explican esto (pero responden el punto principal, que es el promedio incorrecto).
¿Cómo puede un día tener exactamente 24 horas? [cerrado]
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