El 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. [1] Por ejemplo, el Almanaque Astronómico utiliza el TT para sus tablas de posiciones ( efemérides ) del Sol, la Luna y los planetas vistos desde la Tierra. En esta función, el TT continúa el Tiempo Dinámico Terrestre (TDT o TD), [2] que sucedió al tiempo de efemérides (ET) . El TT comparte el propósito original para el cual se diseñó el ET, para estar libre de las irregularidades en la rotación de la Tierra .
La unidad de TT es el segundo del SI , cuya definición se basa actualmente en el reloj atómico de cesio [3] , pero el TT en sí no está definido por los relojes atómicos. Es un ideal teórico y los relojes reales solo pueden aproximarse a él.
El TT es distinto de la escala de tiempo que se suele utilizar como base para fines civiles, el Tiempo Universal Coordinado (UTC). El TT es indirectamente la base del UTC, a través del Tiempo Atómico Internacional (TAI). Debido a la diferencia histórica entre el TAI y el ET cuando se introdujo el TT, el TT está 32,184 s por delante del TAI.
La Unión Astronómica Internacional (UAI) adoptó en 1976, en su XVI Asamblea General, una definición de tiempo terrestre estándar, que 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 definidos de manera imperfecta. 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 UAI redefinió el TDT, renombrándolo también como "Tiempo Terrestre". El TT se definió formalmente en términos del Tiempo de Coordenadas Geocéntricas (TCG), definido por la UAI en la misma ocasión. El TT se definió como una escala lineal del TCG, de modo que la unidad del TT es el "segundo SI en el geoide ", [4] es decir, la tasa coincidía aproximadamente con la tasa del tiempo propio en la superficie de la Tierra al nivel medio del mar. Por lo tanto, la relación exacta entre el tiempo TT y el tiempo TCG era , donde era una constante y era el potencial gravitatorio en la superficie del geoide, un valor medido por geodesia física . En 1991, la mejor estimación disponible de era6,969 291 × 10 −10 .
En 2000, la UAI modificó muy ligeramente la definición de TT adoptando un valor exacto, L G =6,969 290 134 × 10 −10 . [5]
El TT se diferencia del Tiempo de Coordenadas Geocéntricas (TCG) por una tasa constante. Formalmente se define mediante la ecuación
donde TT y TCG son recuentos lineales de segundos SI en Tiempo Terrestre y Tiempo de Coordenadas Geocéntricas respectivamente, es la diferencia constante en las tasas de las dos escalas de tiempo, y es una constante para resolver las épocas (ver más abajo). se define exactamente como6,969 290 134 × 10 −10 . Debido al término, la velocidad de TT es ligeramente más lenta que la de TCG.
La ecuación que vincula TT y TCG más comúnmente tiene la forma dada por la IAU,
donde es la hora TCG expresada como fecha juliana (JD) . La fecha juliana es una transformación lineal del recuento bruto de segundos representados por la variable TCG, por lo que esta forma de la ecuación no está simplificada . El uso de una fecha juliana especifica la época por completo. La ecuación anterior se da a menudo con la fecha juliana 2443 144.5 para la época, pero eso es inexacto (aunque inapreciablemente, debido al pequeño tamaño del multiplicador ). El valor 2443 144.500 3725 concuerda exactamente con la definición.
Las coordenadas de tiempo en las escalas TT y TCG se especifican convencionalmente utilizando medios tradicionales de especificación de días, heredados de estándares de tiempo no uniformes basados en la rotación de la Tierra. Específicamente, se utilizan tanto las fechas julianas como el calendario gregoriano . Para la continuidad con su predecesor, el Tiempo de Efemérides (ET), TT y TCG se establecieron para que coincidieran con ET alrededor de la Fecha Juliana 2443 144.5 (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 1977-01-01T00:00:00.000 del Tiempo Atómico Internacional (TAI) . 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 manera precisa y más sencilla mediante la ecuación
¿Dónde es exactamente 2443 144.500 3725 ?
El TT es un ideal teórico que no depende de una realización particular. Para su uso práctico, se deben medir los relojes físicos y procesar sus lecturas para estimar el TT. Un cálculo simple de la desviación es suficiente para la mayoría de las aplicaciones, pero en aplicaciones exigentes, puede ser necesario un modelado detallado de la física relativista y de las incertidumbres de medición. [6]
La principal realización de TT es proporcionada por TAI. El servicio TAI del BIPM , que se lleva a cabo desde 1958, estima TT utilizando mediciones de un conjunto de relojes atómicos distribuidos sobre la superficie y el espacio orbital bajo de la Tierra. TAI se define canónicamente de manera 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 de TT por TAI se define de la siguiente manera: [7]
El desfase de 32,184 s surge de la historia. La escala de tiempo atómico A1 (un predecesor del TAI) se estableció igual a UT2 en su fecha de inicio convencional del 1 de enero de 1958, [8] cuando Δ T (ET − UT) era de aproximadamente 32 segundos. El desfase de 32,184 segundos fue la estimación de 1976 de la diferencia entre el Tiempo de Efemérides (ET) y el TAI, "para proporcionar continuidad con los valores actuales y la práctica en el uso del Tiempo de Efemérides". [9]
El TAI nunca se revisa una vez publicado y TT(TAI) tiene pequeños errores en relación con TT(BIPM), [6] del orden de 10-50 microsegundos. [10]
La escala de tiempo GPS tiene una diferencia nominal con el tiempo atómico (TAI − tiempo GPS = +19 segundos) , [11] de modo que TT ≈ tiempo GPS + 51,184 segundos . Esta constatación introduce hasta un microsegundo de error adicional, ya que la señal GPS no está sincronizada con precisión con TAI, pero los dispositivos receptores GPS están ampliamente disponibles. [12]
Aproximadamente todos los años desde 1992, la Oficina Internacional de Pesas 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 una tabla de diferencias de TT(TAI), junto con una ecuación de extrapolación que puede usarse para fechas posteriores a la tabla. La última a julio de 2024 [update]es TT(BIPM23). [13]
Los investigadores de la colaboración International Pulsar Timing Array han creado una realización TT(IPTA16) de TT basada en observaciones de un conjunto de púlsares hasta 2012. Esta nueva escala de tiempo de púlsar es un medio independiente para calcular TT. Los investigadores observaron que su escala estaba dentro de los 0,5 microsegundos de TT(BIPM17), con errores significativamente menores desde 2003. Los datos utilizados fueron insuficientes para analizar la estabilidad a largo plazo y contenían varias anomalías, pero a medida que se recopilen y analicen más datos, esta realización puede eventualmente ser útil para identificar defectos en TAI y TT(BIPM). [14]
El TT es en efecto una continuación del antiguo Tiempo de Efemérides (ET) (pero es más precisamente uniforme que él). Fue diseñado para la continuidad con el ET, [15] y funciona a la velocidad del segundo del SI, que a su vez se derivó de una calibración utilizando el segundo del ET (véase, en Tiempo de Efemérides, Redefinición del segundo e Implementaciones ). El argumento del tiempo de efemérides del JPL T eph está dentro de unos pocos milisegundos del TT.
TT está ligeramente por delante de UT1 (una medida refinada del tiempo solar medio en Greenwich) por una cantidad conocida como Δ T = TT − UT1. Δ T se midió en +67,6439 segundos (TT por delante de UT1) a las 0 h UTC del 1 de enero de 2015; [16] y por cálculo retrospectivo, Δ T estaba cerca de cero alrededor del año 1900. Se espera que Δ T continúe aumentando, con UT1 quedando cada vez más atrás de TT (pero de manera irregular) en el futuro. En detalle, Δ T es algo impredecible, con extrapolaciones de 10 años que divergen en 2-3 segundos del valor real. [17]
Los observadores que se encuentran en diferentes lugares, en movimiento relativo o a diferentes altitudes, pueden estar en desacuerdo sobre la frecuencia de los relojes de los demás, debido a los efectos descritos por la teoría de la relatividad . Como resultado, el TT (incluso como ideal teórico) no coincide con la hora propia de todos los observadores.
En términos relativistas, TT se describe como el tiempo propio de un reloj ubicado en el geoide (esencialmente el nivel medio del mar ). [18] Sin embargo, [19] TT ahora se define en realidad como una escala de tiempo de coordenadas . [20] La redefinición no cambió cuantitativamente TT, sino que hizo que la definición existente fuera más precisa. En efecto, definió el geoide (nivel medio del mar) en términos de un nivel particular de dilatación del tiempo gravitacional en relación con un observador nocional ubicado a una altitud infinitamente alta.
La definición actual de TT es una escala lineal del 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 gravitacional) y en reposo con respecto a la Tierra. El 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 del TCG transcurre en un tiempo ligeramente inferior al segundo del SI del observador. La comparación del reloj del observador con el TT depende de la altitud del observador: coincidirán en el geoide y los relojes a mayor altitud funcionan un poco más rápido.
