Época (astronomía)

En astronomía, una época o época de referencia es un momento en el tiempo que se utiliza como punto de referencia para alguna cantidad astronómica variable en el tiempo. Es útil para las coordenadas celestes o elementos orbitales de un cuerpo celeste, ya que están sujetos a perturbaciones y varían con el tiempo. Estas cantidades astronómicas variables en el tiempo pueden incluir, por ejemplo, la longitud media o la anomalía media de un cuerpo, el nodo de su órbita en relación con un plano de referencia, la dirección del apogeo o afelio de su órbita, o el tamaño de la mayor eje de su órbita.

El uso principal de las cantidades astronómicas especificadas de esta manera es calcular otros parámetros relevantes de movimiento, con el fin de predecir posiciones y velocidades futuras. Las herramientas aplicadas de las disciplinas de la mecánica celeste o su subcampo, la mecánica orbital (para predecir trayectorias orbitales y posiciones de cuerpos en movimiento bajo los efectos gravitatorios de otros cuerpos) se pueden utilizar para generar una efemérides, una tabla de valores que da las posiciones y velocidades de objetos astronómicos en el cielo en un momento o momentos dados.

Las cantidades astronómicas se pueden especificar de varias maneras, por ejemplo, como una función polinomial del intervalo de tiempo, con una época como punto de origen temporal (esta es una forma actual común de usar una época). Alternativamente, la cantidad astronómica variable en el tiempo se puede expresar como una constante, igual a la medida que tenía en la época, dejando que su variación en el tiempo se especifique de alguna otra manera, por ejemplo, mediante una tabla, como era común durante los siglos XVII y XVIII.

La palabra época a menudo se usaba de una manera diferente en la literatura astronómica más antigua, p. durante el siglo XVIII, en relación con las tablas astronómicas. En ese momento, era costumbre denotar como "épocas", no la fecha y hora estándar de origen para las cantidades astronómicas variables en el tiempo, sino los valores en esa fecha y hora de esos tiempos. cantidades variables ellos mismos. De acuerdo con ese uso histórico alternativo, una expresión como 'corregir las épocas' se referiría al ajuste, generalmente por una pequeña cantidad, de los valores de las cantidades astronómicas tabuladas aplicables a una fecha y hora estándar fijas de referencia (y no, como podría esperarse del uso actual, a un cambio de una fecha y hora de referencia a una fecha y hora diferente).

Epoca versus equinoccio

Los datos astronómicos a menudo se especifican no solo en su relación con una época o fecha de referencia, sino también en sus relaciones con otras condiciones de referencia, como los sistemas de coordenadas especificados por "equinoccio", o "equinoccio y ecuador", o "equinoccio y eclíptica" – cuando estos son necesarios para especificar completamente los datos astronómicos del tipo considerado.

Referencias de fechas para sistemas de coordenadas

Cuando los valores de los datos dependen de un sistema de coordenadas en particular, la fecha de ese sistema de coordenadas debe especificarse directa o indirectamente.

Los sistemas de coordenadas celestes más utilizados en astronomía son las coordenadas ecuatoriales y las coordenadas eclípticas. Estos se definen en relación con la posición del equinoccio vernal (en movimiento), que a su vez está determinada por las orientaciones del eje de rotación de la Tierra y la órbita alrededor del Sol. Sus orientaciones varían (aunque lentamente, por ejemplo, debido a la precesión), y existe una infinidad de tales sistemas de coordenadas posibles. Por lo tanto, los sistemas de coordenadas más utilizados en astronomía necesitan su propia referencia de fecha porque los sistemas de coordenadas de ese tipo están en movimiento, p. por la precesión de los equinoccios, hoy en día a menudo resuelta en componentes precesionales, precesiones separadas del ecuador y de la eclíptica.

La época del sistema de coordenadas no tiene por qué ser la misma, ya menudo en la práctica, no es la misma que la época de los datos mismos.

La diferencia entre la referencia a una época sola, y la referencia a un cierto equinoccio con ecuador o eclíptica, es por tanto que la referencia a la época contribuye a precisar la fecha de los valores de las propias variables astronómicas; mientras que la referencia a un equinoccio junto con el ecuador/eclíptica, de una fecha determinada, se refiere a la identificación o cambios en el sistema de coordenadas en términos del cual se expresan esas variables astronómicas. (A veces, la palabra 'equinoccio' puede usarse sola, por ejemplo, cuando es obvio por el contexto para los usuarios de los datos en qué forma se expresan las variables astronómicas consideradas, en forma ecuatorial o eclíptica).

El equinoccio con ecuador/eclíptica de una fecha determinada define qué sistema de coordenadas se utiliza. La mayoría de las coordenadas estándar en uso hoy en día se refieren a 2000 TT (es decir, a las 12 h (mediodía) en la escala de Tiempo Terrestre el 1 de enero de 2000, ver más abajo), que ocurrió unos 64 segundos antes del mediodía UT1 en el misma fecha (ver ΔT). Antes de 1984, se usaban comúnmente los sistemas de coordenadas que databan de 1950 o 1900.

Hay un significado especial de la expresión "equinoccio (y eclíptica/ecuador) de fecha". Cuando las coordenadas se expresan como polinomios en el tiempo en relación con un marco de referencia definido de esta manera, eso significa que los valores obtenidos para las coordenadas con respecto a cualquier intervalo t después de la época indicada, están en términos del sistema de coordenadas de la misma fecha que el valores obtenidos en sí mismos, es decir, la fecha del sistema de coordenadas es igual a (época + t).

Se puede ver que la fecha del sistema de coordenadas no necesita ser la misma que la época de las mismas cantidades astronómicas. Pero en ese caso (aparte del caso de "equinoccio de fecha" descrito anteriormente), se asociarán dos fechas con los datos: una fecha es la época para las expresiones dependientes del tiempo que dan los valores, y la otra fecha es la del sistema de coordenadas en el que se expresan los valores.

Por ejemplo, los elementos orbitales, especialmente los elementos osculadores de los planetas menores, se dan habitualmente con referencia a dos fechas: primero, relativo a una época reciente para todos los elementos: pero algunos de los datos dependen de un sistema de coordenadas elegido., y luego es habitual especificar el sistema de coordenadas de una época estándar que a menudo no es la misma que la época de los datos. Un ejemplo es el siguiente: Para el planeta menor (5145) Pholus, se han dado elementos orbitales que incluyen los siguientes datos:

Epoca 2010 Ene. 4.0 TT... = JDT 2455200.5
M 72.00071........(2000.0)
norte. 0.01076162..... Per. 354.75938
un 20.3181594..... Nodo. 119.42656
mi. 0.5715321..... Incl. 24.66109

donde la época se expresa en términos de Tiempo Terrestre, con una fecha juliana equivalente. Cuatro de los elementos son independientes de cualquier sistema de coordenadas en particular: M es anomalía media (grados), n: movimiento diario medio (grados/d), a: tamaño del semieje mayor (AU), e: excentricidad (adimensional). Pero el argumento del perihelio, la longitud del nodo ascendente y la inclinación dependen de las coordenadas y se especifican en relación con el marco de referencia del equinoccio y la eclíptica de otra fecha '2000.0', también conocida como J2000., es decir, 1,5 de enero de 2000 (12 h del 1 de enero) o JD 2451545.0.

Épocas y periodos de validez

En el conjunto particular de coordenadas del ejemplo anterior, muchos de los elementos se han omitido como desconocidos o indeterminados; por ejemplo, el elemento n permite calcular una dependencia temporal aproximada del elemento M, pero los otros elementos y el propio n se tratan como constantes, lo que representa una aproximación temporal (ver Elementos osculadores).

Por lo tanto, un sistema de coordenadas en particular (equinoccio y ecuador/eclíptica de una fecha en particular, como J2000.0) podría usarse para siempre, pero un conjunto de elementos osculadores para una época en particular solo puede ser (aproximadamente) válido para tiempo limitado, porque los elementos osculadores como los del ejemplo anterior no muestran el efecto de futuras perturbaciones que cambiarán los valores de los elementos.

Sin embargo, el período de validez es un asunto diferente en principio y no el resultado del uso de una época para expresar los datos. En otros casos, p. En el caso de una teoría analítica completa del movimiento de algún cuerpo astronómico, todos los elementos se darán generalmente en forma de polinomios en intervalos de tiempo a partir de la época, y también estarán acompañados de términos trigonométricos de perturbaciones periódicas especificadas apropiadamente.. En ese caso, su período de validez puede extenderse durante varios siglos o incluso milenios a ambos lados de la época indicada.

Algunos datos y algunas épocas tienen un largo período de uso por otras razones. Por ejemplo, los límites de las constelaciones de la IAU se especifican en relación con un equinoccio de cerca del comienzo del año 1875. Esto es una cuestión de convención, pero la convención se define en términos del ecuador y la eclíptica tal como eran en 1875. Para averiguar en qué constelación se encuentra hoy un cometa en particular, la posición actual de ese cometa debe expresarse en el sistema de coordenadas de 1875 (equinoccio/ecuador de 1875). Por lo tanto, ese sistema de coordenadas todavía se puede usar hoy, aunque la mayoría de las predicciones de cometas hechas originalmente para 1875 (época = 1875) ya no serían útiles hoy en día debido a la falta de información sobre su dependencia del tiempo y perturbaciones.

Cambiar el equinoccio estándar y la época

Para calcular la visibilidad de un objeto celeste para un observador en un momento y lugar específicos de la Tierra, se necesitan las coordenadas del objeto en relación con un sistema de coordenadas de fecha actual. Si se utilizan coordenadas relativas a alguna otra fecha, eso provocará errores en los resultados. La magnitud de esos errores aumenta con la diferencia de tiempo entre la fecha y hora de la observación y la fecha del sistema de coordenadas utilizado, debido a la precesión de los equinoccios. Si la diferencia de tiempo es pequeña, entonces pueden ser suficientes correcciones bastante fáciles y pequeñas para la precesión. Si la diferencia horaria aumenta, se deben aplicar correcciones más completas y precisas. Por esta razón, una lectura de la posición de la estrella de un atlas o catálogo de estrellas basado en un equinoccio y un ecuador lo suficientemente antiguos no se puede utilizar sin correcciones si se requiere una precisión razonable.

Además, las estrellas se mueven entre sí en el espacio. El movimiento aparente a través del cielo en relación con otras estrellas se llama movimiento propio. La mayoría de las estrellas tienen movimientos propios muy pequeños, pero algunas tienen movimientos propios que se acumulan a distancias notables después de algunas decenas de años. Por lo tanto, algunas posiciones estelares leídas de un atlas o catálogo de estrellas para una época suficientemente antigua también requieren correcciones de movimiento adecuadas, para una precisión razonable.

Debido a la precesión y al movimiento propio, los datos de las estrellas se vuelven menos útiles a medida que la edad de las observaciones y su época, y el equinoccio y el ecuador a los que se refieren, envejecen. Después de un tiempo, es más fácil o mejor cambiar a datos más nuevos, generalmente referidos a una época y equinoccio/ecuador más nuevos, que seguir aplicando correcciones a los datos más antiguos.

Especificar una época o equinoccio

Las épocas y los equinoccios son momentos en el tiempo, por lo que se pueden especificar de la misma manera que los momentos que indican cosas distintas de las épocas y los equinoccios. Las siguientes formas estándar de especificar épocas y equinoccios parecen ser las más populares:

• Días Julianos, por ejemplo, JD 2433282.4235 para enero 0.9235, 1950 TT
• Años besselianos (véase más adelante), por ejemplo, 1950.0 o B1950.0 para enero 0,235, 1950 TT
• Julian years, por ejemplo, J2000.0 para enero 1.5, 2000 TT

Los tres se expresan en TT = Tiempo Terrestre.

Los años besselianos, usados principalmente para posiciones estelares, se pueden encontrar en catálogos más antiguos pero ahora se están volviendo obsoletos. El resumen del catálogo de Hipparcos, por ejemplo, define la "época del catálogo" como "J1991.25" (8,75 años julianos antes del 1,5 de enero de 2000 TT, p. ej., 2,5625 de abril de 1991 TT).

Años besselianos

El año besseliano lleva el nombre del matemático y astrónomo alemán Friedrich Bessel (1784–1846). Meeus 1991, pág. 125 define el comienzo de un año besseliano como el momento en el que la longitud media del Sol, incluido el efecto de la aberración y medida a partir del equinoccio medio de la fecha, es exactamente de 280 grados. Este momento cae cerca del comienzo del año gregoriano correspondiente. La definición dependía de una teoría particular de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, la de Newcomb (1895), que ahora está obsoleta; por eso, entre otros, el uso de los años besselianos también ha quedado o está quedando obsoleto.

Lieske 1979, pág. 282 dice que una "época besseliana" se puede calcular a partir de la fecha juliana según

B = 1900.0 + (julian date − 2415020.31352) / 365.242198781

La definición de Lieske no es exactamente consistente con la definición anterior en términos de la longitud media del Sol. Cuando utilice años besselianos, especifique qué definición se está utilizando.

Para distinguir entre años calendario y años besselianos, se volvió costumbre agregar ".0" a los años besselianos. Desde el cambio a los años julianos a mediados de la década de 1980, se ha vuelto habitual el prefijo "B" a los años besselianos. Entonces, "1950" es el año calendario 1950 y "1950.0" = "B1950.0" es el comienzo del año besseliano 1950.

• Los límites de la constelación IAU se definen en el sistema de coordenadas ecuatoriales en relación con el equinoccio de B1875.0.
• El catálogo Henry Draper utiliza el equinox B1900.0.
• La estrella clásica Tabulae Caelestes utilizó B1925.0 como su equinoccio.

Según Meeus, y también de acuerdo con la fórmula anterior,

• B1900.0 = JDE 2415020.3135 = 1900 January 0.8135 TT
• B1950.0 = JDE 2433282.4235 = 1950 enero 0,9235 TT

Años julianos y J2000

Un año juliano es un intervalo con la duración de un año medio en el calendario juliano, es decir, 365,25 días. Esta medida de intervalo en sí misma no define ninguna época: el calendario gregoriano se usa generalmente para fechar. Pero, las épocas convencionales estándar que no son épocas besselianas a menudo se han designado hoy en día con un prefijo 'J', y la fecha del calendario a la que se refieren es ampliamente conocida, aunque no siempre la misma fecha en el año: así "J2000" se refiere al instante de las 12 horas (mediodía) del 1 de enero de 2000, y J1900 se refiere al instante de las 12 horas del 0 de enero de 1900, igual al 31 de diciembre de 1899. También es habitual ahora precisar en qué escala temporal se la hora del día se expresa en esa designación de época, p. a menudo Tiempo Terrestre.

Además, una época con el prefijo opcional "J" y designado como un año con decimales (2000 + x), donde x es positivo o negativo y se cita con 1 o 2 decimales, ha llegado a significar una fecha que es un intervalo de x años julianos de 365,25 días fuera de la época J2000 = JD 2451545,0 (TT), aún correspondiente (a pesar del uso del prefijo "J" o palabra "Julian") a la fecha del calendario gregoriano del 1 de enero de 2000, a las 12h TT (unos 64 segundos antes del mediodía UTC del mismo día natural). (Véase también año juliano (astronomía).) Al igual que la época besseliana, una época juliana arbitraria se relaciona, por lo tanto, con la fecha juliana por

J = 2000 + (julian date − 2451545.0)

La IAU decidió en su Asamblea General de 1976 que el nuevo equinoccio estándar de J2000.0 debería usarse a partir de 1984. Antes de eso, el equinoccio de B1950.0 parece haber sido el estándar.

Diferentes astrónomos o grupos de astrónomos solían definir individualmente, pero hoy en día las épocas estándar generalmente se definen mediante un acuerdo internacional a través de la IAU, por lo que los astrónomos de todo el mundo pueden colaborar de manera más efectiva. Es ineficiente y propenso a errores si los datos u observaciones de un grupo deben traducirse de manera no estándar para que otros grupos puedan comparar los datos con información de otras fuentes. Un ejemplo de cómo funciona esto: si alguien mide la posición de una estrella hoy, luego usa una transformación estándar para obtener la posición expresada en términos del marco de referencia estándar de J2000, y a menudo es entonces esta posición J2000 que se comparte con los demás.

Por otro lado, también ha habido una tradición astronómica de conservar las observaciones en la forma en que se hicieron, de modo que otros puedan corregir las reducciones al estándar más tarde si eso resulta deseable, como ha ocurrido a veces.

La época estándar utilizada actualmente "J2000" se define por acuerdo internacional como equivalente a:

1. La fecha gregoriana 1 de enero de 2000, a las 12:00 TT (Tiempo Real).
2. The Julian date 2451545.0 TT (Terretrial Time).
3. 1 de enero de 2000, 11:59:27.816 TAI (Tiempo Internacional Atómico).
4. 1 de enero de 2000, 11:58:55.816 UTC (Tiempo Universal coordinado).

Epoca del día

En escalas de tiempo más cortas, hay una variedad de prácticas para definir cuándo comienza cada día. En el uso ordinario, el día civil se cuenta por la época de la medianoche, es decir, el día civil comienza a la medianoche. Pero en el uso astronómico más antiguo, era habitual, hasta el 1 de enero de 1925, contar por una época del mediodía, 12 horas después del inicio del día civil de la misma denominación, de modo que el día comenzaba cuando el sol medio cruzaba el meridiano en mediodía. Esto todavía se refleja en la definición de J2000, que comenzó al mediodía, hora terrestre.

En las culturas tradicionales y en la antigüedad se utilizaron otras épocas. En el antiguo Egipto, los días se contaban de sol a sol, siguiendo una época matinal. Esto puede estar relacionado con el hecho de que los egipcios regulaban su año por la salida helíaca de la estrella Sirio, un fenómeno que ocurre en la mañana justo antes del amanecer.

En algunas culturas que siguen un calendario lunar o lunisolar, en el que el comienzo del mes está determinado por la aparición de la Luna Nueva al anochecer, el comienzo del día se contaba desde la puesta del sol hasta la puesta del sol, siguiendo una época vespertina, p.ej. los calendarios judío e islámico y en la Europa occidental medieval al calcular las fechas de los festivales religiosos, mientras que en otros se siguió una época matutina, p. los calendarios hindú y budista.