El Tiempo Atómico Internacional (abreviado TAI , de su nombre en francés temps atomique international [1] ) 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 . [2] El TAI es un promedio ponderado del tiempo registrado por más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales en todo el mundo. [3] Es una escala de tiempo continua, sin segundos intercalares , y es la principal realización del Tiempo Terrestre (con un desfase fijo de época ). 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.
El UTC se desvía del TAI en una cantidad de segundos enteros. A partir del 1 de enero de 2017 [actualizar], cuando entró en vigor otro segundo intercalar , [4] el UTC se encuentra exactamente 37 segundos por detrás del TAI. Los 37 segundos son el resultado de la diferencia inicial de 10 segundos a principios de 1972, más 27 segundos intercalares en UTC desde 1972.
El TAI puede expresarse mediante los métodos tradicionales de especificación de días, heredados de los estándares de tiempo no uniformes basados en la rotación de la Tierra. En concreto, se utilizan tanto los días julianos como el calendario gregoriano . El TAI en esta forma se sincronizó con el Tiempo Universal a principios de 1958, y desde entonces ambos se han distanciado, debido principalmente a la desaceleración de la rotación de la Tierra.
El TAI es un promedio ponderado del tiempo registrado por más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales en todo el mundo. [3] 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 . [5] Los relojes se comparan utilizando señales GPS y transferencia de tiempo y frecuencia por satélite bidireccional . [6] Debido al promedio de la señal, el TAI es un orden de magnitud más estable que su mejor reloj constituyente.
Cada institución participante transmite, en tiempo real , una señal de frecuencia con códigos de tiempo , que es su estimación de TAI. Los códigos de tiempo se publican normalmente en forma de UTC, que difiere de TAI por un número entero conocido de segundos. Estas escalas de tiempo se denotan en la forma UTC(NPL) en la forma UTC, donde NPL aquí identifica al Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido . La forma TAI puede denotarse TAI(NPL) . Esta última 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 las distintas instituciones se comparan periódicamente entre sí. La Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, Francia) combina estas mediciones para calcular retrospectivamente la media ponderada que forma la escala de tiempo más estable posible. [3] Esta escala de tiempo combinada se publica mensualmente en la "Circular T", [7] 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 mediante la publicación de una revisión de la Circular T defectuosa o mediante 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 la TAI y hacer mejores estimaciones de la verdadera escala de tiempo propia. Dado que las circulares publicadas son definitivas, las estimaciones mejores no crean otra versión de la TAI; en cambio, se considera que crean una mejor realización del Tiempo Terrestre (TT).
Las primeras escalas de tiempo atómico consistían en relojes de cuarzo con frecuencias calibradas por un solo reloj atómico; los relojes atómicos no funcionaban de forma continua. 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, llamada Greenwich Atomic (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 , seguida por la escala NBS-A en la Oficina Nacional de Normas de Boulder , Colorado, el 9 de octubre de 1957. [8]
La Oficina Internacional del Tiempo (BIH) comenzó a desarrollar una escala de tiempo, T m o AM, en julio de 1955, utilizando tanto relojes de cesio locales como comparaciones con relojes distantes utilizando la fase de señales de radio VLF . La escala BIH, A.1, y NBS-A se definieron por una época a principios de 1958 [a]. Los procedimientos utilizados por la BIH evolucionaron y el nombre de la escala de tiempo cambió: A3 en 1964 [10] y TA(BIH) en 1969. [11]
El segundo SI se definió en términos del átomo de cesio en 1967. Entre 1971 y 1975, la Conferencia General de Pesas y Medidas y el Comité Internacional de Pesas y Medidas tomaron una serie de decisiones que designaron la escala de tiempo BIPM como Tiempo Atómico Internacional (TAI). [12]
En la década de 1970, se hizo evidente que los relojes que participaban en el TAI funcionaban a ritmos diferentes debido a la dilatación gravitacional del tiempo , y la escala TAI combinada, por lo tanto, 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 TAI), se aplicaron correcciones a la salida de todos los relojes participantes, de modo que el TAI correspondiera al tiempo propio 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 el TAI se ralentizaba aproximadamente una parte en un billón. La antigua escala de tiempo sin corregir continúa publicándose con el nombre de EAL ( Échelle Atomique Libre , que significa Escala Atómica Libre ). [13]
El instante en que se empezó a aplicar la corrección gravitacional 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. [14] Las tres escalas de tiempo se definieron para que se leyeran JD 2443144.5003725 (1 de enero de 1977 00:00:32.184) exactamente en ese instante. [b] El TAI fue a partir de entonces una realización del TT, con la ecuación TT(TAI) = TAI + 32.184 s. [15]
La existencia continua del TAI fue cuestionada en una carta de 2007 del BIPM a la UIT-R que decía: "En el caso de una redefinición del UTC sin segundos intercalares, el CCTF consideraría discutir la posibilidad de suprimir el TAI, ya que permanecería paralelo al UTC continuo". [16]
A diferencia del TAI, el UTC es una escala de tiempo discontinua . Ocasionalmente se ajusta mediante segundos intercalares. Entre estos ajustes, se compone de segmentos que se asignan al tiempo atómico mediante un desplazamiento constante. Desde su inicio en 1961 hasta diciembre de 1971, los ajustes se realizaron regularmente en segundos intercalares fraccionarios para que el UTC se aproximara a UT2 . Después, estos ajustes se realizaron solo en segundos enteros para aproximarse a UT1 . Este fue un acuerdo de compromiso para permitir una escala de tiempo transmitida públicamente. Los ajustes menos frecuentes de segundos enteros significaron que la escala de tiempo sería más estable y más fácil de sincronizar internacionalmente. El hecho de que continúe aproximándose a UT1 significa que las tareas como la navegación que requieren una fuente de Tiempo Universal continúan siendo bien atendidas por la transmisión pública del UTC. [17]
BIH se dio cuenta de que algunos cronómetros atómicos eran mucho mejores que otros y construyó el A3 basándose en los 3 mejores.