Tiempo Terrestre

Tiempo terrestre (TT) es un estándar de tiempo astronómico moderno definido por la Unión Astronómica Internacional, principalmente para mediciones de tiempo de observaciones astronómicas realizadas desde la superficie de la Tierra. Por ejemplo, el Almanaque astronómico utiliza TT para sus tablas de posiciones (efemérides) del Sol, la Luna y los planetas vistos desde la Tierra. En este rol, TT continúa el Tiempo Dinámico Terrestre (TDT o TD), que sucedió al tiempo de efemérides (ET). TT comparte el propósito original para el que fue diseñado ET, para estar libre de las irregularidades en la rotación de la Tierra.

La unidad de TT es el segundo SI, cuya definición se basa actualmente en el reloj atómico de cesio, pero TT no está definido en sí mismo por los relojes atómicos. Es un ideal teórico, y los relojes reales solo pueden aproximarse a él.

TT es distinto de la escala de tiempo que a menudo se usa como base para fines civiles, el tiempo universal coordinado (UTC). TT es indirectamente la base de UTC, a través del Tiempo Atómico Internacional (TAI). Debido a la diferencia histórica entre TAI y ET cuando se introdujo TT, TT está aproximadamente 32,184 s por delante de TAI.

Historia

La Unión Astronómica Internacional (IAU) adoptó una definición de un estándar de tiempo terrestre en 1976 en su XVI Asamblea General y más tarde se denominó Tiempo Dinámico Terrestre (TDT). Era la contraparte del tiempo dinámico baricéntrico (TDB), que era un estándar de tiempo para las efemérides del sistema solar, que se basaba en una escala de tiempo dinámica. Ambos estándares de tiempo resultaron estar imperfectamente definidos. También se expresaron dudas sobre el significado de 'dinámico' en el nombre TDT.

En 1991, en la Recomendación IV de la XXI Asamblea General, la IAU redefinió el TDT, renombrando también "Tiempo Terrestre". El TT se definió formalmente en términos de Tiempo Geocéntrico de Coordinación (TCG), definido por la IAU en la misma ocasión. TT se definió como un escalado lineal de TCG, tal que la unidad de TT es el "Segundo en la geoide", es decir, la tasa aproximadamente coincide con la tasa de tiempo adecuado en la superficie de la Tierra a nivel medio del mar. Así la relación exacta entre TT tiempo y TCG tiempo fue 1− − Lg{displaystyle 1-L_{g}, donde LG=UG/c2{displaystyle L_{G}=U_{G}/c^{2} era una constante y UG{displaystyle U_{G} era el potencial gravitacional en la superficie geoide, un valor medido por geodesia física. En 1991 la mejor estimación disponible Lg{displaystyle L_{g} era 6.969291×10⁻¹⁰.

En 2000, la IAU modificó muy levemente la definición de TT al adoptar un valor exacto, L_g = 6.969290134×10⁻¹⁰ .

Definición actual

TT difiere del tiempo de coordenadas geocéntricas (TCG) por una tasa constante. Formalmente se define por la ecuación

TT=()1− − Lg)× × TCG+E{displaystyle TT={bigl (}1-L_{g}{bigr)}times TCG + E.

donde TT y TCG son recuentos lineales de segundos SI en Tiempo Terrestre y Tiempo Geocéntrico de Coordinación respectivamente, Lg{displaystyle L_{g} es la diferencia constante en las tasas de las dos escalas de tiempo, y E{displaystyle E} es una constante para resolver las épocas (ver abajo). Lg{displaystyle L_{g} se define como exactamente 6.969290134×10⁻¹⁰. Due to the term 1− − Lg{displaystyle 1-L_{g} la tasa de TT es muy ligeramente más lenta que la de TCG.

La ecuación que vincula TT y TCG tiene más comúnmente la forma dada por la IAU,

TT=TCG− − Lg× × ()JDTCG− − 2443144.5003725)× × 86400{displaystyle TT=TCG-L_{g}times {bigl (}JD_{TCG}-2443144.5003725{bigr)}times 86400}

Donde JDTCG{displaystyle JD_{TCG} es la hora TCG expresada como una fecha Juliana (JD). La fecha Juliana es una transformación lineal de la cuenta cruda de segundos representada por la variable TCG, por lo que esta forma de la ecuación no es simplificada. El uso de una fecha Juliana especifica la época completamente. La ecuación anterior se suele dar con la fecha Juliana 2443144,5 para la época, pero eso es inexacto (aunque inapreciablemente así, debido al pequeño tamaño del multiplicador Lg{displaystyle L_{g}). El valor 2443144.5003725 está exactamente de acuerdo con la definición.

Las coordenadas de tiempo en las escalas TT y TCG se especifican de manera convencional utilizando medios tradicionales para especificar días, heredados de estándares de tiempo no uniformes basados en la rotación de la Tierra. En concreto, se utilizan tanto las fechas julianas como el calendario gregoriano. Para la continuidad con su predecesor Ephemeris Time (ET), TT y TCG se configuraron para coincidir con ET alrededor de la fecha juliana 2443144.5 (1977-01-01T00Z). Más precisamente, se definió que el instante TT 1977-01-01T00:00:32.184 y el instante TCG 1977-01-01T00:00:32.184 corresponden exactamente al instante del Tiempo Atómico Internacional (TAI) 1977-01-01T00:00:00.000. Este es también el instante en el que TAI introdujo correcciones para la dilatación del tiempo gravitacional.

TT y TCG expresados como fechas julianas se pueden relacionar de forma precisa y sencilla mediante la ecuación

JDTT=EJD+()JDTCG− − EJD)× × ()1− − Lg){displaystyle JD_{TT}=E_{JD}+{bigl (}JD_{TCG}-E_{bigr)}times {bigl (}1-L_{g}{bigr)}

Donde EJD{displaystyle E_{JD} es 2443144.5003725 exactamente.

Realizaciones

TT es un ideal teórico, no depende de una realización particular. A efectos prácticos, TT debe realizarse mediante relojes reales en el sistema terrestre.

TAI

La realización principal de TT es suministrada por TAI. El servicio TAI, realizado desde 1958, estima TT utilizando medidas de un conjunto de relojes atómicos repartidos por la superficie y el espacio orbital bajo de la Tierra. TAI se define canónicamente de forma retrospectiva, en boletines mensuales, en relación con las lecturas mostradas por ese grupo particular de relojes atómicos en ese momento. Las estimaciones de TAI también son proporcionadas en tiempo real por las instituciones que operan los relojes participantes. Debido a la diferencia histórica entre TAI y ET cuando se introdujo TT, la realización TAI de TT se define así:

TT()TAI)=TAI+32.184s{displaystyle TT(TAI)=TAI+32.184~{text{s}}

TT(BIPM)

Debido a que TAI nunca se revisa una vez que se publica, es posible que los errores que contiene se conozcan y permanezcan sin corregir. Aproximadamente anualmente desde 1992, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) ha producido mejores realizaciones de TT basadas en el reanálisis de datos históricos de TAI. Las realizaciones de TT de BIPM se nombran en la forma 'TT(BIPM08)', con los dígitos que indican el año de publicación. Se publican en forma de tabla de diferencias de TT(TAI), junto con una ecuación de extrapolación que puede usarse para fechas posteriores a la tabla. El último a partir de abril de 2022 es TT (BIPM21).

Otros

Los investigadores de la colaboración International Pulsar Timing Array han creado una realización de TT basada en observaciones de un conjunto de púlsares. Esta nueva escala de tiempo de púlsar es un medio independiente para calcular TT, y eventualmente puede ser útil para identificar defectos en TAI.

Aproximación

A veces, los tiempos descritos en TT se usan en situaciones en las que las propiedades teóricas detalladas de TT no son significativas. Cuando la precisión de milisegundos es suficiente (o más que suficiente), TT se puede resumir de las siguientes maneras:

• To millisecond accuracy, TT is parallel to the atomic timescale (International Atomic Time, TAI) maintained by the BIPM. TT está por delante de TAI, y puede ser aproximado como TT alimentos TAI + 32.184 segundos. (El offset 32.184 s surge de la historia.)
• TT también es paralelo con la escala de tiempo GPS, que tiene una diferencia constante de tiempo atómico (TAI − tiempo GPS = +19 segundos), por lo que TT alimentos tiempo GPS + 51.184 segundos.
• TT es en efecto una continuación de (pero es más precisamente uniforme que) el antiguo Tiempo Efímero (ET). Fue diseñado para la continuidad con ET, y funciona a la velocidad del segundo SI, que se derivaba de una calibración utilizando el segundo de ET (ver, bajo el tiempo Ephemeris, Redefinición del segundo e Implementaciones).
• TT está ligeramente por delante de UT1 (una medida refinada de tiempo solar medio en Greenwich) por una cantidad conocida como ΔT = TT − UT1. ΔT se midió en +67,6439 segundos (TT por delante de UT1) a 0h UTC el 1 de enero de 2015; y por cálculo retrospectivo, ΔT estaba cerca de cero sobre el año 1900. Se espera que la diferencia ΔT, aunque algo impredecible en gran detalle, siga aumentando, con UT1 convirtiéndose en constante (pero irregular) más detrás de TT en el futuro.

Relaciones relativistas

Observadores en diferentes lugares, que están en movimiento relativo o en diferentes altitudes, pueden estar en desacuerdo sobre las velocidades de los relojes de los demás, debido a los efectos descritos por la teoría de la relatividad. Como resultado, TT (incluso como un ideal teórico) no coincide con el tiempo propio de todos los observadores.

En términos relativistas, TT se describe como la hora propia de un reloj ubicado en el geoide (esencialmente, el nivel medio del mar). Sin embargo, TT ahora se define realmente como una escala de tiempo de coordenadas. La redefinición no cambió cuantitativamente TT, sino que hizo que la definición existente fuera más precisa. De hecho, definió el geoide (nivel medio del mar) en términos de un nivel particular de dilatación del tiempo gravitacional en relación con un observador teórico ubicado a una altitud infinitamente alta.

La definición actual de TT es una escala lineal de tiempo de coordenadas geocéntricas (TCG), que es el tiempo propio de un observador teórico que está infinitamente lejos (por lo que no se ve afectado por la dilatación del tiempo gravitatorio) y en reposo en relación con la Tierra. TCG se utiliza hasta la fecha principalmente con fines teóricos en astronomía. Desde el punto de vista de un observador en la superficie de la Tierra, el segundo de TCG pasa en un poco menos que el segundo SI del observador. La comparación del reloj del observador con TT depende de la altitud del observador: coincidirán en el geoide y los relojes a mayor altitud marcarán un poco más rápido.