Tiempo dinámico baricéntrico

Tiempo dinámico baricéntrico (TDB, del francés Temps Dynamique Barycentrique) es una escala de tiempo de coordenadas relativistas, diseñada para uso astronómico como estándar de tiempo para tener en cuenta la dilatación del tiempo al calcular órbitas y efemérides astronómicas de planetas, asteroides, cometas y naves espaciales interplanetarias en el Sistema Solar. TDB ahora (desde 2006) se define como una escala lineal de Barycentric Coordinate Time (TCB). Una característica que distingue TDB de TCB es que TDB, cuando se observa desde la superficie de la Tierra, tiene una diferencia con el Tiempo Terrestre (TT) que es tan pequeña como se puede arreglar prácticamente con una definición consistente: las diferencias son principalmente periódicas, y en general permanecerá en menos de 2 milisegundos durante varios milenios.

TDB se aplica al marco de referencia baricéntrico del sistema solar y se definió por primera vez en 1976 como sucesor del antiguo estándar (no relativista) de tiempo de efemérides (adoptado por la IAU en 1952 y reemplazado en 1976). En 2006, después de una historia de múltiples definiciones de escala de tiempo y desaprobación desde la década de 1970, la IAU aprobó una redefinición de TDB. La redefinición de TDB de la IAU de 2006 como un estándar internacional reconoció expresamente que el argumento de tiempo de efemérides JPL Teph establecido desde hace mucho tiempo, tal como se implementó en JPL Development Ephemeris DE405, "es para fines prácticos lo mismo que TDB definido en esta Resolución" (Para 2006, las efemérides DE405 ya se habían utilizado durante algunos años como base oficial para las efemérides planetarias y lunares en el Almanaque astronómico; fue la base para las ediciones de 2003 a 2014; en la edición de 2015 se reemplaza por DE430).

Definición

La resolución IAU 3 de 2006 define TDB como una transformación lineal de TCB. TCB diverge tanto de TDB como de TT. TCB progresa más rápido a una tasa diferencial de alrededor de 0,5 segundos/año, mientras que TDB y TT se mantienen cercanos. A principios de 2011, la diferencia entre TDB y TCB es de unos 16,6 segundos.

TDB = TCB - L_B× (JD_TCB − T₀)×86400 + TDB₀

donde L_B = 1,550519768×10⁻⁸, TDB₀ = −6,55×10⁻⁵ s, T₀ = 2443144,5003725 y JD _TCB es la fecha juliana TCB (es decir, una cantidad que era igual a T₀ el 1 de enero de 1977 00:00:00 TAI en el geocentro y que aumenta en uno cada 86400 segundos de TCB).

Historia

Desde el siglo XVII hasta finales del siglo XIX, las efemérides planetarias se calcularon utilizando escalas de tiempo basadas en la rotación de la Tierra: generalmente el tiempo solar medio de uno de los principales observatorios, como París o Greenwich. Después de 1884, el tiempo solar medio en Greenwich se convirtió en un estándar, más tarde llamado Tiempo Universal (UT). Pero a finales del siglo XIX y principios del XX, con la creciente precisión de las mediciones astronómicas, se empezó a sospechar, y finalmente se estableció, que la rotación de la Tierra (es decir, la duración del día) mostraba irregularidades en escalas de tiempo cortas, y se estaba desacelerando en escalas de tiempo más largas. En consecuencia, el tiempo de las efemérides se desarrolló como un estándar libre de las irregularidades de la rotación de la Tierra, definiendo el tiempo "como la variable independiente de las ecuaciones de la mecánica celeste", y al principio se midió astronómicamente, basándose en las teorías gravitatorias existentes de los movimientos de la Tierra alrededor del Sol y de la Luna alrededor de la Tierra.

Después de que se inventara el reloj atómico de cesio, estos relojes se utilizaron cada vez más desde finales de la década de 1950 como realizaciones secundarias del tiempo de efemérides (ET). Estas realizaciones secundarias mejoraron el estándar ET original por la uniformidad mejorada de los relojes atómicos y (por ejemplo, a fines de la década de 1960) se utilizaron para proporcionar el tiempo estándar para los cálculos de efemérides planetarias y en astrodinámica.

Pero, en principio, ET aún no tenía en cuenta la teoría de la relatividad. El tamaño de la parte periódica de las variaciones debidas a la dilatación del tiempo entre los relojes atómicos basados en la Tierra y el tiempo de coordenadas del marco de referencia baricéntrico del Sistema Solar se había estimado en menos de 2 milisegundos, pero a pesar de este tamaño pequeño, era cada vez más consideró a principios de la década de 1970 que los estándares de tiempo deberían ser adecuados para aplicaciones en las que las diferencias debidas a la dilatación del tiempo relativista ya no podían despreciarse.

En 1976, se definieron dos nuevas escalas de tiempo para reemplazar a ET (en las efemérides de 1984 y posteriores) para tener en cuenta la relatividad. El sucesor directo de ET para medir el tiempo sobre una base geocéntrica fue el Tiempo Dinámico Terrestre (TDT). La nueva escala de tiempo para reemplazar a ET para las efemérides planetarias sería el Tiempo Dinámico Baricéntrico (TDB). TDB debía marcar uniformemente en un marco de referencia que se movía con el baricentro del Sistema Solar. (Al igual que con cualquier tiempo de coordenadas, un reloj correspondiente, para coincidir en velocidad, no solo necesitaría estar en reposo en ese marco de referencia, sino también (una condición hipotética inalcanzable) estar ubicado fuera de todos los pozos de gravedad relevantes). Además, TDB iba a tener (según lo observado/evaluado en la superficie de la Tierra), en promedio a largo plazo, la misma tasa que TDT (ahora TT). TDT y TDB se definieron en una serie de resoluciones en la misma reunión de 1976 de la Unión Astronómica Internacional.

Finalmente se dio cuenta de que TDB no estaba bien definido porque no estaba acompañado por una métrica relativista general y porque no se había especificado la relación exacta entre TDB y TDT. (Más tarde también fue criticado por no ser físicamente posible de acuerdo exactamente con su definición original: entre otras cosas, la definición de 1976 excluía una pequeña compensación necesaria para la época inicial de 1977). Después de que se apreciaron las dificultades, en 1991 la IAU perfeccionó la definiciones oficiales de escalas de tiempo mediante la creación de nuevas escalas de tiempo adicionales: tiempo de coordenadas baricéntricas (TCB) y tiempo de coordenadas geocéntricas (TCG). TCB fue pensado como un reemplazo para TDB, y TCG era su equivalente para usar en el espacio cercano a la Tierra. También se cambió el nombre de TDT a Tiempo Terrestre (TT), debido a las dudas planteadas sobre la idoneidad de la palabra "dinámico" en ese sentido.

En 2006, TDB fue redefinido por la resolución 3 de IAU 2006; el 'nuevo' TDB fue reconocido expresamente como equivalente a efectos prácticos al argumento de tiempo de efemérides del JPL Teph; la diferencia entre TDB según el estándar de 2006 y TT (ambos observados desde la superficie de la Tierra), permanece por debajo de 2 ms durante varios milenios alrededor de la época actual.

Uso de TDB

TDB es un sucesor de Ephemeris Time (ET), en el sentido de que ET puede verse (dentro de los límites de menor exactitud y precisión alcanzables en su tiempo) como una aproximación tanto a TDB como a Terrestrial Time (TT) (ver Tiempo de efemérides § Implementaciones). TDB en la forma de la escala de tiempo muy análoga, y prácticamente equivalente, T_eph se sigue utilizando para las importantes efemérides planetarias y lunares DE405 del Laboratorio de Propulsión a Chorro.

Se han presentado argumentos a favor del uso práctico continuo de TDB en lugar de TCB basados en el tamaño muy pequeño de la diferencia entre TDB y TT, que no supera los 0,002 segundos, que puede despreciarse para muchas aplicaciones. Se ha argumentado que la pequeñez de esta diferencia hace que el riesgo de daño sea menor si TDB se confunde alguna vez con TT, en comparación con el posible daño de confundir TCB y TT, que tienen una deriva lineal relativa de alrededor de 0,5 segundos por año (la diferencia era cercana a cero a principios de 1977, y en 2009 ya superaba el cuarto de minuto y aumentaba).