En el Tiempo Universal Coordinado (UTC), los segundos intercalares se suman para dar cuenta de la desaceleración de la rotación de la Tierra. Pero se dice que la desaceleración es del orden de milisegundos en un siglo. Entonces, ¿por qué se agregaron más de 25 segundos bisiestos a UTC solo en las últimas décadas?
No es la tasa de cambio de la velocidad de rotación lo que es importante, es la velocidad de rotación actual (en el marco de referencia giratorio que permanece frente al sol) que no coincide con un día de 24 horas.
Por lo tanto, los segundos bisiestos (en promedio 1 ) se acumulan a una tasa casi constante, porque (como usted señala) la tasa de cambio promedio es baja en comparación con el desajuste existente entre la duración real del día y lo que dicen nuestros relojes.
Recuerde que un segundo bisiesto es un desplazamiento absoluto sumado/restado, no un multiplicador de la velocidad de nuestros relojes que soluciona el problema para el futuro hasta que la velocidad se desvíe un poco más.
Estamos corrigiendo el "error" en nuestra función de tiempo agregando compensaciones de paso, no cambiando la pendiente. La duración de un segundo SI permanece fija, y la duración de un día según nuestros relojes permanece fija en 24 horas / 86400 segundos SI (sin segundo bisiesto).
En la práctica, el modelo lineal no funciona en absoluto a corto plazo: hay muchas variaciones de un año a otro, y 1,5-2 ms/día/siglo es solo un promedio a largo plazo. Consulte la respuesta de @David Hammen para obtener un buen gráfico y más detalles . Comentó:
Se agregaron nueve segundos intercalares en los primeros ocho años después de implementar el concepto de segundos intercalares, mientras que solo se agregaron dos durante el lapso de 13 años que comenzó en 1999.
La variación caótica a corto plazo domina cualquier período lo suficientemente corto como para ignorar la desaceleración promedio.
El segundo SI ( ciclos del átomo de cesio) fue elegido para ser del año 1900 .
La Tierra sufre constantemente una desaceleración provocada por la acción de frenado de las mareas. Mediante el uso de antiguas observaciones de eclipses, es posible determinar que la desaceleración de la Tierra es de aproximadamente 1,5 a 2 milisegundos por día por siglo .
Tenga en cuenta las unidades de esa medida: es ms por día por siglo, o , como una aceleración, no una velocidad. Y definitivamente no 1,5 ms por siglo.
Por pura coincidencia , un día solar medio es actualmente en promedio 2 ms más largo que un día SI, por lo que la tasa actual de acumulación de errores es de 2 ms/día . Ha pasado aproximadamente 1 siglo desde la época definitoria para el segundo SI. Se necesitan menos de 1000 días para necesitar otro segundo bisiesto. . (Hay varios efectos que hacen que los días solares difieran en duración, pero en promedio duran más de 24 horas y se alargan aún más).
En otro siglo a partir de ahora (con la desaceleración constante de la Tierra), tendremos que agregar segundos intercalares con el doble de frecuencia que ahora, para mantener la diferencia acumulada UT1-UTC
en menos de 0,9 segundos.
ms / day
entra, ya que no usé esa frase exacta en el párrafo al respecto). Entonces sí, necesitamos ms/day
, pero también es un no en su lugar.Es un efecto acumulativo. Digamos que el día solar medio es aproximadamente 1,5 milisegundos más largo que el día SI de 86400 segundos. Esta diferencia se acumula todos los días. Después de 1000 días, la diferencia total se ha convertido en 1,5 segundos. Después de 18000 días, que son aproximadamente 50 años, la diferencia total es de 27 segundos. Por eso se han insertado 27 segundos bisiestos desde 1972.
Vea también este gráfico en el artículo de wiki sobre el segundo bisiesto.
Aquí hay buenas respuestas, pero queda una pregunta: si el tiempo atómico solo ha existido durante unos 50 años, y la rotación de la Tierra solo se está desacelerando a una velocidad de aproximadamente 0,5 ms/día/siglo, ¿cómo es que necesitamos un salto segundo cada año o dos ya? ¿No deberíamos estar acumulando alrededor de 1 segundo de error por década en este momento?
Y la respuesta a eso implica un poco de historia: el segundo SI "atómico" fue elegido para mantener la continuidad con el segundo del tiempo de las efemérides , que se estandarizó en 1952. Y aunque el tiempo de las efemérides se basó, de forma bastante impresionante, en más de 150 años de observaciones, la duración misma de esas observaciones significa que ET refleja la duración del día solar medio en aproximadamente 1820 . Como tal, el día solar medio ya superaba los 86.400 segundos en las décadas de 1960 y 1970 en 1-3 ms por día . Lo que significa que cuando se introdujo el segundo intercalar en 1972, el error ya se estaba acumulando a un ritmo que requería la introducción regular de segundos intercalares.
De hecho, durante parte del tiempo transcurrido desde entonces, la Tierra ha estado oponiéndose a la tendencia a largo plazo y acelerando su rotación, lo que ha provocado que el ritmo de adición de segundos intercalares se ralentice durante un tiempo, sin que se haya añadido nada entre el final del segundo. 1998 y fines de 2005. Pero esto es solo una fluctuación aleatoria y, a la larga, la tendencia prevalecerá y el error crecerá a un ritmo creciente, lo que requerirá una adición más frecuente de segundos bisiestos a medida que pasen los siglos, a menos que algún tipo de reforma del calendario los hace innecesarios antes de esa fecha.
¿Por qué se necesitan tan a menudo los segundos intercalares?
TL; DR: necesitamos segundos intercalares con cierta frecuencia porque hay un sesgo de doscientos años (un desplazamiento distinto de cero) en la definición de un segundo que es 1/86400 de un día.
Una explicación de mil palabras (también conocida como una imagen):
Fuente: Dominio público Wikipedia Commons page Desviación de la duración del día del día SI .
Las curvas gris y verde del gráfico anterior muestran las variaciones en la duración del día (la duración de un día solar medio menos 86400 segundos) desde el 1 de enero de 1962 hasta el 31 de diciembre de 2016, en unidades de milisegundos (eje vertical izquierdo). La curva gris muestra valores diarios suavizados, mientras que la curva verde muestra un promedio móvil de 365 días. La curva roja muestra el área bajo la curva, con el punto cero fijado en el 1 de enero de 1972 (cuando se introdujo el concepto de segundo intercalar). Los puntos rojos muestran cuándo se introdujo cada segundo bisiesto. La curva roja y los puntos rojos están en unidades de segundos, el eje vertical derecho.
Tenga en cuenta que la duración del día exhibe mucha variabilidad. Esta variabilidad a corto plazo es el resultado de los intercambios de momento angular entre las cinco partes de la Tierra que giran diferencialmente: la atmósfera, los océanos, la corteza y el manto, el núcleo externo y el núcleo interno. Lo que no puede ver en este breve lapso de 55 años es que la duración del día también exhibe tendencias a largo plazo. Estas tendencias a largo plazo se deben en parte a cambios en el tensor de inercia de la Tierra (la Tierra todavía se recupera del final de la última edad de hielo) y en parte a una transferencia secular del momento angular de la Tierra a la Luna.
La transferencia del momento angular de la Tierra a la Luna significa que un día ahora es más largo que en el pasado distante. Si bien la velocidad a la que la Tierra transfiere el momento angular a la Luna es muy pequeña, esto se acumula inexorablemente con el tiempo. El día es considerablemente más largo ahora que hace 4.500 millones de años (se conjetura que un día duraba entre cuatro y seis horas poco después de que se formó la Luna por primera vez), y es mucho más largo que hace 2.500 millones de años (el primeras observaciones fiables basadas en ritmitas de marea).
El día ahora también es un poco más largo que hace un par de siglos. Ese par de siglos es clave para responder a la pregunta "¿Por qué se necesitan tan a menudo los segundos intercalares?" Nuestro concepto de un día que comprende 24 horas, o 86400 segundos, se basa en la duración de un día hace un par de siglos. La tendencia a largo plazo hace que la Tierra gire un poquito más lento ahora que entonces. Esto da como resultado un sesgo (un desplazamiento distinto de cero) en la curva. El sesgo en la curva verde da como resultado que la curva roja, el área bajo la curva verde, muestre un crecimiento secular. Los segundos bisiestos se añaden cuando la curva roja gana un segundo, más o menos.
Detalle: La práctica es sumar o restar un segundo bisiesto el 30 de junio o el 31 de diciembre cuando la diferencia absoluta entre UT1 y UTC supere los 0,6 segundos. Los segundos bisiestos siempre han sido positivos. Nunca ha habido necesidad de un segundo bisiesto negativo debido al sesgo de ~200 años en la definición de un segundo.
La velocidad de rotación de la Tierra se ve afectada por múltiples factores tanto locales del planeta (como el clima) como externos (como las perturbaciones gravitacionales del sistema solar).
La suposición inherente de sus preguntas de que solo 1 factor influye y solo a 1 tasa constante es incorrecta.
La velocidad en realidad aumenta y disminuye en formas matemáticamente caóticas y, por lo tanto, difíciles de predecir. El IERS intenta predecir cambios con hasta 6 meses de anticipación con el objetivo de mantener el delta entre el "tiempo atómico" de alta precisión y el tiempo UTC civil por debajo de 0,9 SI segundos agregando o eliminando segundos bisiestos al UTC en el momento más apropiado desde el punto de vista matemático y político. época del año.
Una buena comparación para esto es la deuda nacional de EE. UU. frente al déficit nacional de EE. UU. La deuda de EE. UU. es actualmente de unos 21 billones de dólares, pero el déficit nacional de EE. UU. para 2017 fue de menos de 700 mil millones de dólares. Los segundos bisiestos son como la deuda, se siguen sumando. El cambio en la duración del día es como el cambio del déficit, que parece pequeño en comparación con la deuda.
Los segundos bisiestos no se suman para explicar la desaceleración de la revolución de la Tierra. Se agregan para tener en cuenta el hecho de que la rotación de la Tierra y su revolución (alrededor del sol) no están perfectamente sincronizadas. Agregar un día adicional cada cuatro años (excepto en ciertas circunstancias inusuales) ayuda, pero aún no corrige perfectamente el desajuste entre la rotación y la revolución. Es por eso que se emplean los segundos bisiestos.
Editar: @JBently es correcto (ver comentario a continuación). Combiné las dos correcciones de "salto" diferentes. El cronometraje es complicado y los viejos recuerdos a veces son engañosos. Jim Garrison también tiene razón, ya que la duración del día varía ligeramente debido a factores climáticos y geológicos. Por lo tanto, las adiciones de segundos intercalares son impredecibles.
Emilio Pisanty
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