Un año tropical o año solar (o período tropical ) es el tiempo que tarda el Sol en regresar a la misma posición en el cielo -visto desde la Tierra u otro cuerpo celeste del Sistema Solar- completando así un ciclo completo de estaciones astronómicas. . Por ejemplo, es el tiempo desde el equinoccio de primavera hasta el siguiente equinoccio de primavera, o desde el solsticio de verano hasta el siguiente solsticio de verano. Es el tipo de año que utilizan los calendarios solares tropicales .
El año tropical es un tipo de año astronómico y período orbital particular . Otro tipo es el año sidéreo (o período orbital sidéreo), que es el tiempo que tarda la Tierra en completar una órbita completa alrededor del Sol medido con respecto a las estrellas fijas , lo que resulta en una duración 20 minutos más larga que el año tropical. debido a la precesión de los equinoccios .
Desde la antigüedad, los astrónomos han ido perfeccionando progresivamente la definición del año tropical. La entrada para "año tropical" en el Glosario en línea del Almanaque Astronómico dice: [1]
el período de tiempo para que la longitud de la eclíptica del Sol aumente 360 grados . Dado que la longitud de la eclíptica del Sol se mide con respecto al equinoccio, el año tropical comprende un ciclo completo de estaciones, y su duración se aproxima a largo plazo mediante el calendario civil (gregoriano). El año tropical medio es de aproximadamente 365 días, 5 horas, 48 minutos, 45 segundos.
Una definición equivalente, más descriptiva, es "La base natural para calcular el paso de los años tropicales es la longitud media del Sol calculada a partir del equinoccio en movimiento precesional (el equinoccio dinámico o equinoccio de fecha). Siempre que la longitud alcanza un múltiplo de 360 grados, la El Sol medio cruza el equinoccio de primavera y comienza un nuevo año tropical". [2]
El año tropical medio en 2000 fue de 365,24219 días de efemérides , y cada día de efemérides duró 86.400 segundos SI. [3] Esto es 365,24217 días solares medios . [4] Por esta razón, el año calendario es una aproximación del año solar: el calendario gregoriano (con sus reglas para los días bisiestos de recuperación ) está diseñado para resincronizar el año calendario con el año solar a intervalos regulares.
La palabra "tropical" proviene del griego tropikos que significa "giro". [5] Así, los trópicos de Cáncer y Capricornio marcan las latitudes extremas norte y sur donde el Sol puede aparecer directamente sobre nuestras cabezas y donde parece "girar" en su movimiento estacional anual. Debido a esta conexión entre los trópicos y el ciclo estacional de la posición aparente del Sol, la palabra "tropical" también prestó su nombre al "año tropical". Los primeros chinos, hindúes, griegos y otros hicieron medidas aproximadas del año tropical.
En el siglo II a. C., Hiparco midió nuevamente el tiempo necesario para que el Sol viajara de un equinoccio al mismo equinoccio. Calculó que la duración del año era 1/300 de día menos que 365,25 días (365 días, 5 horas, 55 minutos, 12 segundos o 365,24667 días). Hiparco utilizó este método porque podía detectar mejor el tiempo de los equinoccios, en comparación con el de los solsticios. [6]
Hiparco también descubrió que los puntos equinocciales se movían a lo largo de la eclíptica (plano de la órbita de la Tierra, o lo que Hiparco habría considerado como el plano de la órbita del Sol alrededor de la Tierra) en una dirección opuesta a la del movimiento del Sol, un fenómeno que llegó a denominarse "precesión de los equinoccios". Calculó el valor en 1° por siglo, un valor que no fue mejorado hasta unos 1000 años después, por los astrónomos islámicos . Desde este descubrimiento se ha hecho una distinción entre el año tropical y el año sideral. [6]
Durante la Edad Media y el Renacimiento se publicaron una serie de tablas cada vez mejores que permitían calcular las posiciones del Sol, la Luna y los planetas en relación con las estrellas fijas. Una aplicación importante de estas tablas fue la reforma del calendario .
Las Tablas Alfonsinas , publicadas en 1252, se basaron en las teorías de Ptolomeo y fueron revisadas y actualizadas después de la publicación original. La duración del año tropical se estimó en 365 días solares 5 horas 49 minutos 16 segundos (≈ 365,24255 días). Esta longitud se utilizó al diseñar el calendario gregoriano de 1582. [7]
En el siglo XVI, Copérnico propuso una cosmología heliocéntrica . Erasmo Reinhold utilizó la teoría de Copérnico para calcular las Tablas Pruténicas en 1551 y dio una duración de año tropical de 365 días solares, 5 horas, 55 minutos, 58 segundos (365,24720 días), basándose en la duración de un año sidéreo y la tasa supuesta. de precesión. En realidad, este valor era menos exacto que el valor anterior de las Tablas Alfonsinas.
Johannes Kepler e Isaac Newton realizaron importantes avances en el siglo XVII . En 1609 y 1619 Kepler publicó sus tres leyes del movimiento planetario. [8] En 1627, Kepler utilizó las observaciones de Tycho Brahe y Waltherus para producir las tablas más precisas hasta ese momento, las Tablas Rudolphine . Evaluó el año tropical medio en 365 días solares, 5 horas, 48 minutos, 45 segundos (365,24219 días). [7]
Las tres leyes de la dinámica y la teoría de la gravedad de Newton se publicaron en su Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica en 1687. Los avances teóricos y matemáticos de Newton influyeron en las tablas de Edmond Halley publicadas en 1693 y 1749 [9] y proporcionaron las bases de todos los modelos del sistema solar hasta Albert Einstein. La teoría de la relatividad general en el siglo XX.
Desde la época de Hiparco y Ptolomeo, el año se basaba en dos equinoccios (o dos solsticios) separados por un número de años, para promediar tanto los errores de observación como las variaciones periódicas (causadas por la atracción gravitacional de los planetas y el pequeño efecto de nutación en el equinoccio). Estos efectos no comenzaron a entenderse hasta la época de Newton. Para modelar las variaciones a corto plazo del tiempo entre equinoccios (y evitar que confundan los esfuerzos para medir las variaciones a largo plazo) se requieren observaciones precisas y una teoría elaborada del movimiento aparente del Sol. Las teorías y herramientas matemáticas necesarias se reunieron en el siglo XVIII gracias al trabajo de Pierre-Simon de Laplace , Joseph Louis Lagrange y otros especialistas en mecánica celeste . Pudieron calcular variaciones periódicas y separarlas del movimiento medio gradual. Podrían expresar la longitud media del Sol en un polinomio como:
donde T es el tiempo en siglos julianos. La derivada de esta fórmula es una expresión de la velocidad angular media, y la inversa de esta da una expresión para la duración del año tropical como función lineal de T.
En la tabla se dan dos ecuaciones. Ambas ecuaciones estiman que el año tropical se acorta aproximadamente medio segundo cada siglo.
Las tablas de Newcomb eran lo suficientemente precisas como para ser utilizadas por el Almanaque Astronómico Conjunto Estadounidense-Británico para el Sol, Mercurio , Venus y Marte hasta 1983. [11]
La duración del año tropical medio se deriva de un modelo del Sistema Solar, por lo que cualquier avance que mejore el modelo del sistema solar mejora potencialmente la precisión del año tropical medio. Muchos nuevos instrumentos de observación estuvieron disponibles, incluidos
La complejidad del modelo utilizado para el Sistema Solar debe limitarse a las instalaciones de cálculo disponibles. En la década de 1920, LJ Comrie empezó a utilizar equipos de tarjetas perforadas en Gran Bretaña. Para las efemérides estadounidenses , una computadora electromagnética, se utilizó la calculadora electrónica de secuencia selectiva de IBM desde 1948. Cuando las computadoras modernas estuvieron disponibles, fue posible calcular efemérides utilizando integración numérica en lugar de teorías generales; La integración numérica entró en uso en 1984 para los almanaques conjuntos de Estados Unidos y el Reino Unido. [15]
La Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein proporcionó una teoría más precisa, pero la precisión de las teorías y observaciones no requirió el refinamiento proporcionado por esta teoría (a excepción del avance del perihelio de Mercurio) hasta 1984. Las escalas de tiempo incorporaron la relatividad general a partir de en los 1970s. [dieciséis]
Un avance clave para comprender el año tropical durante largos períodos de tiempo es el descubrimiento de que la tasa de rotación de la Tierra, o equivalentemente, la duración del día solar medio , no es constante. William Ferrel en 1864 y Charles-Eugène Delaunay en 1865 predijeron que las mareas estaban retardando la rotación de la Tierra. Esto sólo pudo verificarse mediante observación en la década de 1920 con el muy preciso reloj sincrónico de Shortt y más tarde en la década de 1930, cuando los relojes de cuarzo comenzaron a reemplazar a los relojes de péndulo como estándares de tiempo. [17]
El tiempo solar aparente es el tiempo indicado por un reloj de sol , y está determinado por el movimiento aparente del Sol provocado por la rotación de la Tierra alrededor de su eje así como por la revolución de la Tierra alrededor del Sol. El tiempo solar medio se corrige por las variaciones periódicas en la velocidad aparente del Sol a medida que la Tierra gira en su órbita. La escala de tiempo más importante es el Tiempo Universal , que es el tiempo solar medio a 0 grados de longitud (el Meridiano de Referencia IERS ). La hora civil se basa en UT (en realidad UTC ) y los calendarios civiles cuentan los días solares medios.
Sin embargo, la rotación de la Tierra es irregular y se está desacelerando respecto a indicadores temporales más estables: en concreto, el movimiento de los planetas y los relojes atómicos.
El tiempo de efemérides (ET) es la variable independiente en las ecuaciones de movimiento del Sistema Solar, en particular, las ecuaciones del trabajo de Newcomb, y este ET estuvo en uso desde 1960 hasta 1984. [18] Estas efemérides se basaron en observaciones realizadas en tiempo solar durante un período de varios siglos y, como consecuencia, representan el segundo solar medio durante ese período. Se pretendía que el segundo SI , definido en tiempo atómico, concordara con el segundo de efemérides basado en el trabajo de Newcomb, lo que a su vez hace que concuerde con el segundo solar medio de mediados del siglo XIX. [19] A la ET contada por los relojes atómicos se le dio un nuevo nombre, Tiempo Terrestre (TT), y para la mayoría de los propósitos ET = TT = Tiempo Atómico Internacional + 32,184 segundos SI. Desde la época de las observaciones, la rotación de la Tierra se ha ralentizado y el segundo solar medio ha crecido algo más que el segundo SI. Como resultado, las escalas de tiempo de TT y UT1 crean una diferencia creciente: la cantidad de diferencia entre TT y UT1 se conoce como Δ T o Delta T. [20] A 5 de julio de 2022, TT está por delante de UT1 por 69,28 segundos. [21] [22] [23][actualizar]
Como consecuencia, el año tropical que sigue a las estaciones en la Tierra contadas en días solares de UT está cada vez más desincronizado con las expresiones de equinoccios en efemérides en TT.
Como se explica más adelante, las estimaciones a largo plazo de la duración del año tropical se utilizaron en relación con la reforma del calendario juliano , que dio lugar al calendario gregoriano. Los participantes en esa reforma no eran conscientes de la rotación no uniforme de la Tierra, pero ahora esto se puede tener en cuenta hasta cierto punto. La siguiente tabla proporciona las estimaciones y los errores estándar ( σ ) de Morrison y Stephenson para ΔT en fechas significativas en el proceso de desarrollo del calendario gregoriano. [24]
Las extrapolaciones de baja precisión se calculan con una expresión proporcionada por Morrison y Stephenson: [24]
donde t se mide en siglos julianos desde 1820. La extrapolación se proporciona sólo para mostrar que Δ T no es despreciable cuando se evalúa el calendario para períodos largos; [26] Borkowski advierte que "muchos investigadores han intentado ajustar una parábola a los valores medidos de Δ T para determinar la magnitud de la desaceleración de la rotación de la Tierra. Los resultados, en conjunto, son bastante desalentadores". [26]
Una definición del año tropical sería el tiempo necesario para que el Sol, comenzando en una longitud eclíptica elegida, realice un ciclo completo de estaciones y regrese a la misma longitud eclíptica.
Antes de considerar un ejemplo, es necesario examinar el equinoccio . Hay dos planos importantes en los cálculos del sistema solar: el plano de la eclíptica (la órbita de la Tierra alrededor del Sol) y el plano del ecuador celeste (el ecuador de la Tierra proyectado hacia el espacio). Estos dos planos se cruzan en una línea. Una dirección apunta al llamado equinoccio de primavera, hacia el norte o de marzo, al que se le asigna el símbolo ♈︎ (el símbolo parece los cuernos de un carnero porque solía estar hacia la constelación de Aries ). La dirección opuesta recibe el símbolo ♎︎ (porque solía ser hacia Libra ). Debido a la precesión de los equinoccios y la nutación , estas direcciones cambian, en comparación con la dirección de las estrellas y galaxias distantes, cuyas direcciones no tienen movimiento mensurable debido a su gran distancia (ver Marco de referencia celeste internacional ).
La longitud de la eclíptica del Sol es el ángulo entre ♈︎ y el Sol, medido hacia el este a lo largo de la eclíptica. Esto crea una medida relativa y no absoluta, porque a medida que el Sol se mueve, la dirección desde la que se mide el ángulo también se mueve. Es conveniente tener una dirección fija (con respecto a estrellas distantes) para medir; la dirección de ♈︎ al mediodía del 1 de enero de 2000 cumple esta función y recibe el símbolo ♈︎ 0 .
Hubo un equinoccio el 20 de marzo de 2009 a las 11:44:43,6 TT. El equinoccio de marzo de 2010 fue el 20 de marzo a las 17:33:18,1 TT, lo que da un intervalo -y una duración del año tropical- de 365 días 5 horas 48 minutos 34,5 segundos. [27] Mientras el Sol se mueve, ♈︎ se mueve en dirección opuesta. Cuando el Sol y ♈︎ se encontraron en el equinoccio de marzo de 2010, el Sol se había movido hacia el este 359°59'09" mientras que ♈︎ se había movido hacia el oeste 51" para un total de 360° (todo con respecto a ♈︎ 0 [28] ). Por eso el año tropical dura 20 min. más corto que el año sideral.
Cuando se comparan las mediciones de años tropicales de varios años sucesivos, se encuentran variaciones que se deben a las perturbaciones de la Luna y los planetas que actúan sobre la Tierra, y a la nutación. Meeus y Savoie proporcionaron los siguientes ejemplos de intervalos entre los equinoccios de marzo (hacia el norte): [7]
Hasta principios del siglo XIX, la duración del año tropical se determinaba comparando fechas de equinoccios separadas por muchos años; este enfoque produjo el año tropical medio . [10]
Si se elige una longitud inicial diferente para el Sol que 0° ( es decir, ♈︎), entonces la duración para que el Sol regrese a la misma longitud será diferente. Se trata de un efecto de segundo orden de la circunstancia de que la velocidad de la Tierra (y a la inversa la velocidad aparente del Sol) varía en su órbita elíptica: más rápida en el perihelio , más lenta en el afelio . El equinoccio se mueve con respecto al perihelio (y ambos se mueven con respecto al marco sideral fijo). De un paso de equinoccio al siguiente, o de un paso de solsticio al siguiente, el Sol no completa una órbita elíptica completa. El tiempo ahorrado depende de dónde comienza en la órbita. Si el punto de partida está cerca del perihelio (como el solsticio de diciembre), entonces la velocidad es superior a la media y el Sol aparente ahorra poco tiempo al no tener que cubrir un círculo completo: el "año tropical" es comparativamente largo. Si el punto de partida está cerca del afelio, entonces la velocidad es menor y el tiempo ahorrado por no tener que recorrer el mismo pequeño arco que ha precedido el equinoccio es más largo: ese año tropical es comparativamente corto.
El "año tropical medio" se basa en el sol medio , y no es exactamente igual a ninguno de los tiempos que se tardan en pasar de un equinoccio al siguiente o de un solsticio al siguiente.
Meeus y Savoie proporcionaron los siguientes valores de intervalos de tiempo entre equinoccios y solsticios para los años y 2000. [10] Estos son valores suavizados que tienen en cuenta que la órbita de la Tierra es elíptica, utilizando procedimientos bien conocidos (incluida la resolución de la ecuación de Kepler ). No tienen en cuenta las variaciones periódicas debidas a factores como la fuerza gravitacional de la Luna en órbita y las fuerzas gravitacionales de los otros planetas. Tales perturbaciones son menores en comparación con la diferencia posicional resultante de que la órbita sea elíptica en lugar de circular. [29]
La media del año tropical al 1 de enero de 2000 era 365,242 189 7 o 365 días de efemérides , 5 horas, 48 minutos, 45,19 segundos. Esto cambia lentamente; una expresión adecuada para calcular la duración de un año tropical en días de efemérides, entre 8000 a.C. y 12000 d.C. es
donde T está en siglos julianos de 36.525 días de 86.400 segundos SI medidos desde el mediodía del 1 de enero de 2000 TT. [30]
Los astrónomos modernos definen el año tropical como el tiempo en que la longitud media del Sol aumenta 360°. El proceso para encontrar una expresión para la duración del año tropical es encontrar primero una expresión para la longitud media del Sol (con respecto a ♈︎), como la expresión de Newcomb dada anteriormente o la expresión de Laskar. [31] Cuando se observa durante un período de un año, la longitud media es casi una función lineal del tiempo terrestre. Para encontrar la duración del año tropical, se diferencia la longitud media, para dar la velocidad angular del Sol en función del tiempo terrestre, y esta velocidad angular se usa para calcular cuánto tiempo le tomaría al Sol moverse 360°. . [10] [32]
Las fórmulas anteriores dan la duración del año tropical en días de efemérides (igual a 86.400 segundos SI), no en días solares . Es el número de días solares en un año tropical lo que es importante para mantener el calendario sincronizado con las estaciones (ver más abajo).
El calendario gregoriano , tal como se utiliza con fines civiles y científicos, es un estándar internacional. Es un calendario solar que está diseñado para mantener la sincronía con el año tropical medio. [33] Tiene un ciclo de 400 años (146.097 días). Cada ciclo repite los meses, fechas y días de la semana. La duración media del año es 146.097/400 = 365+97 ⁄ 400 = 365,2425 días por año, una aproximación cercana al año tropical medio de 365,2422 días. [34]
El calendario gregoriano es una versión reformada del calendario juliano. En el momento de la reforma en 1582, la fecha del equinoccio de primavera se había desplazado unos 10 días, desde aproximadamente el 21 de marzo en el momento del Primer Concilio de Nicea en 325, hasta aproximadamente el 11 de marzo. Según North, la verdadera motivación para la reforma no era principalmente una cuestión de hacer que los ciclos agrícolas volvieran a donde antes estaban en el ciclo estacional; La principal preocupación de los cristianos era la correcta observancia de la Pascua. Las reglas utilizadas para calcular la fecha de Pascua utilizaban una fecha convencional para el equinoccio de primavera (21 de marzo), y se consideraba importante mantener el 21 de marzo cerca del equinoccio real. [35]
Si en el futuro la sociedad sigue dando importancia a la sincronización entre el calendario civil y las estaciones, eventualmente será necesaria otra reforma del calendario. Según Blackburn y Holford-Strevens (que utilizaron el valor de Newcomb para el año tropical), si el año tropical permaneciera en su valor de 1900 de 365,242 198 781 25 días, el calendario gregoriano estaría 3 días, 17 min, 33 s detrás del Sol después de 10.000 años. Para agravar este error, la duración del año tropical (medido en tiempo terrestre) está disminuyendo a un ritmo de aproximadamente 0,53 s por siglo. Además, el día solar medio se está alargando a un ritmo de aproximadamente 1,5 ms por siglo. Estos efectos harán que el calendario tenga un retraso de casi un día en 3200. El número de días solares en un "milenio tropical" está disminuyendo aproximadamente 0,06 por milenio (despreciando los cambios oscilatorios en la duración real del año tropical). [36] Esto significa que debería haber cada vez menos días bisiestos a medida que pasa el tiempo. Una posible reforma sería omitir el día bisiesto en 3200, mantener 3600 y 4000 como años bisiestos y después hacer comunes todos los años centenarios excepto 4500, 5000, 5500, 6000, etc. Pero la cantidad ΔT no es lo suficientemente predecible como para formar más propuestas precisas. [37]
El segundo es la duración de
9
192
631
770
períodos de radiación correspondientes a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.
13.ª CGPM (1967/68, Resolución 1; CR, 103 y
Metrología
, 1968, 4, 43)
A través de "El folleto del SI". BIMP . Archivado desde el original el 1 de octubre de 2009.
Medios relacionados con el año tropical en Wikimedia Commons
