Hora atómica internacional

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Tiempo estándar basado en relojes atómicos

Tiempo atómico internacional (abreviado TAI, de su nombre en francés temps atomique international) es un estándar de tiempo de coordenadas atómicas de alta precisión basado en el paso teórico del tiempo propio en el geoide de la Tierra. TAI es un promedio ponderado del tiempo registrado por más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales en todo el mundo. Es una escala de tiempo continua, sin segundos bisiestos, y es la realización principal del Tiempo Terrestre (con un desplazamiento de época fijo). Es la base del Tiempo Universal Coordinado (UTC), que se utiliza para el cronometraje civil en toda la superficie de la Tierra y que tiene segundos intercalares.

UTC se desvía de TAI por una cantidad de segundos enteros. A partir del 1 de enero de 2017, cuando entró en vigor otro segundo intercalar, UTC está actualmente exactamente 37 segundos por detrás de TAI. Los 37 segundos resultan de la diferencia inicial de 10 segundos a principios de 1972, más 27 segundos bisiestos en UTC desde 1972.

El TAI se puede informar usando los medios tradicionales para especificar días, transferidos de estándares de tiempo no uniformes basados en la rotación de la Tierra. En concreto, se utilizan tanto los días julianos como el calendario gregoriano. TAI en esta forma se sincronizó con el Tiempo Universal a principios de 1958, y los dos se han distanciado desde entonces, debido principalmente a la rotación más lenta de la Tierra.

Operación

TAI es un promedio ponderado del tiempo registrado por más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales en todo el mundo. La mayoría de los relojes involucrados son relojes de cesio; la definición del Sistema Internacional de Unidades (SI) del segundo se basa en el cesio. Los relojes se comparan utilizando señales GPS y transferencia bidireccional de tiempo y frecuencia por satélite. Debido al promedio de la señal, TAI es un orden de magnitud más estable que su mejor reloj constituyente.

Cada una de las instituciones participantes transmite, en tiempo real, una señal de frecuencia con códigos de tiempo, que es su estimación de TAI. Los códigos de tiempo generalmente se publican en forma de UTC, que se diferencia de TAI por un conocido número entero de segundos. Estas escalas de tiempo se indican en la forma UTC(NPL) en la forma UTC, donde NPL aquí identifica el Laboratorio Nacional de Física, Reino Unido. El formulario TAI puede indicarse TAI(NPL). Este último no debe confundirse con TA(NPL), que denota una escala de tiempo atómica independiente, no sincronizada con TAI ni con ninguna otra cosa.

Los relojes de diferentes instituciones se comparan regularmente entre sí. La Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, Francia), combina estas medidas para calcular retrospectivamente el promedio ponderado que forma la escala de tiempo más estable posible. Esta escala de tiempo combinado se publica mensualmente en "Circular T" y es el TAI canónico. Esta escala de tiempo se expresa en forma de tablas de diferencias UTC − UTC(k) (igual a TAI − TAI(k)) para cada institución participante k . La misma circular también proporciona tablas de TAI − TA(k), para las diversas escalas de tiempo atómico no sincronizadas.

Los errores en la publicación pueden corregirse emitiendo una revisión de la Circular T defectuosa o fe de erratas en una Circular T posterior. Aparte de esto, una vez publicada en la Circular T, la escala TAI no se revisa. En retrospectiva, es posible descubrir errores en TAI y hacer mejores estimaciones de la verdadera escala de tiempo adecuada. Dado que las circulares publicadas son definitivas, mejores estimaciones no crean otra versión de TAI; en cambio, se considera que está creando una mejor realización del Tiempo Terrestre (TT).

Historia

Las primeras escalas de tiempo atómicas consistían en relojes de cuarzo con frecuencias calibradas por un solo reloj atómico; los relojes atómicos no funcionaban continuamente. Los servicios de cronometraje atómico comenzaron de forma experimental en 1955, utilizando el primer reloj atómico de cesio en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido (NPL). Se utilizó como base para calibrar los relojes de cuarzo del Observatorio Real de Greenwich y para establecer una escala de tiempo, denominada Atómica de Greenwich (GA). El Observatorio Naval de los Estados Unidos comenzó la escala A.1 el 13 de septiembre de 1956, utilizando un reloj atómico comercial Atomichron, seguido de la escala NBS-A en la Oficina Nacional de Normas, Boulder, Colorado, el 9 de octubre de 1957.

La Oficina Internacional del Tiempo (BIH) comenzó una escala de tiempo, Tm o AM, en julio de 1955, usando relojes de cesio locales y comparaciones con relojes distantes usando la fase de señales de radio VLF. La escala BIH, A.1 y NBS-A fueron definidas por una época a principios de 1958. Los procedimientos utilizados por BIH evolucionaron y el nombre de la escala de tiempo cambió: "A3" en 1964 y "TA(BIH)" en 1969.

El segundo SI se definió en términos del átomo de cesio en 1967. De 1971 a 1975, la Conferencia General de Pesos y Medidas y el Comité Internacional de Pesos y Medidas tomaron una serie de decisiones que designaron la escala de tiempo BIPM Tiempo Atómico Internacional (TAI).

En la década de 1970, se hizo evidente que los relojes que participaban en TAI funcionaban a diferentes velocidades debido a la dilatación del tiempo gravitacional y, por lo tanto, la escala TAI combinada correspondía a un promedio de las altitudes de los diversos relojes. A partir de la fecha juliana 2443144.5 (1 de enero de 1977 00:00:00), se aplicaron correcciones a la salida de todos los relojes participantes, de modo que TAI correspondería a la hora adecuada en el geoide (nivel medio del mar). Debido a que los relojes estaban, en promedio, muy por encima del nivel del mar, esto significaba que TAI se desaceleró aproximadamente una parte en un billón. La antigua escala de tiempo sin corregir continúa publicándose con el nombre EAL (Échelle Atomique Libre, que significa Escala atómica libre).

El instante en que comenzó a aplicarse la corrección gravitatoria sirve como época para el tiempo de coordenadas baricéntricas (TCB), el tiempo de coordenadas geocéntricas (TCG) y el tiempo terrestre (TT), que representan tres escalas de tiempo fundamentales en el sistema solar. Las tres escalas de tiempo se definieron para leer JD 2443144.5003725 (1 de enero de 1977 00:00:32.184) exactamente en ese instante. TAI fue en adelante una realización de TT, con la ecuación TT(TAI) = TAI + 32.184 s.

La continuación de la existencia de TAI se cuestionó en una carta de 2007 del BIPM al ITU-R que decía: "En el caso de una redefinición de UTC sin segundos intercalares, el CCTF consideraría discutir la posibilidad de suprimir TAI, ya que permanecería paralelo al UTC continuo."

Relación con UTC

Al contrario de TAI, UTC es una escala de tiempo discontinua. Ocasionalmente se ajusta por segundos bisiestos. Entre estos ajustes, se compone de segmentos que se asignan al tiempo atómico mediante un desplazamiento constante. Desde su comienzo en 1961 hasta diciembre de 1971, los ajustes se realizaron regularmente en segundos bisiestos fraccionarios para que UTC se aproximara a UT2. Posteriormente, estos ajustes se realizaron solo en segundos completos para aproximar UT1. Este fue un arreglo de compromiso para permitir una escala de tiempo de transmisión pública. Los ajustes de segundos completos menos frecuentes significaron que la escala de tiempo sería más estable y más fácil de sincronizar internacionalmente. El hecho de que continúe acercándose a UT1 significa que tareas como la navegación que requieren una fuente de tiempo universal continúan siendo bien atendidas por la transmisión pública de UTC.