El tiempo atómico internacional (abreviado TAI , de su nombre 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] TAI es un promedio ponderado del tiempo mantenido 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 realización principal del Tiempo Terrestre (con un desplazamiento 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.
UTC se desvía del TAI en varios segundos completos. A partir del 1 de enero de 2017 , cuando se puso en vigor [actualizar]otro segundo intercalar , [4] UTC está actualmente exactamente 37 segundos por detrás de TAI. Los 37 segundos resultan de la diferencia inicial de 10 segundos a principios de 1972, más 27 segundos intercalares en UTC desde 1972.
El TAI puede informarse utilizando medios tradicionales para especificar días, procedentes de 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.
TAI es un promedio ponderado del tiempo que mantienen más de 450 relojes atómicos en más de 80 laboratorios nacionales de todo el mundo. [3] La mayoría de los relojes involucrados son relojes de cesio ; La definición del segundo en el Sistema Internacional de Unidades (SI) se basa en el cesio . [5] Los relojes se comparan utilizando señales de GPS y transferencia bidireccional de hora y frecuencia por satélite . [6] Debido al promedio de señal , TAI es un orden de magnitud más estable que su mejor reloj constituyente.
Cada una de las instituciones participantes transmite, en tiempo real , una señal de frecuencia con códigos de tiempo , que es su estimación de TAI. Los códigos de tiempo suelen publicarse en formato UTC, que se diferencia del TAI en un número entero bien conocido de segundos. Estas escalas de tiempo se indican en la forma UTC(NPL) en la forma UTC, donde NPL aquí identifica el Laboratorio Nacional de Física, Reino Unido . La forma TAI puede denominarse TAI(NPL) . Este último 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 diferentes instituciones se comparan periódicamente entre sí. La Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM, Francia) combina estas mediciones para calcular retrospectivamente el promedio ponderado 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 distintas escalas de tiempo atómico no sincronizadas.
Los errores de publicación podrán corregirse emitiendo 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 el TAI y hacer mejores estimaciones de la verdadera escala de tiempo adecuada. Dado que las circulares publicadas son definitivas, mejores estimaciones no crean otra versión de TAI; en cambio, se considera que está creando una mejor realización del tiempo terrestre (TT).
Las primeras escalas de tiempo atómico consistían en relojes de cuarzo con frecuencias calibradas por un único reloj atómico; Los relojes atómicos no funcionaban continuamente. 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 inició la escala A.1 el 13 de septiembre de 1956, utilizando un reloj atómico comercial Atomichron , seguida de la escala NBS-A en la Oficina Nacional de Estándares , Boulder, Colorado, el 9 de octubre de 1957. [8]
La Oficina Internacional del Tiempo (BIH) inició una escala de tiempo, T m o AM, en julio de 1955, utilizando relojes de cesio locales y comparaciones con relojes distantes utilizando la fase de señales de radio VLF . La escala BIH, A.1, y NBS-A fueron definidas por una época a principios de 1958 [a] Los procedimientos utilizados por BIH evolucionaron y el nombre de la escala de tiempo cambió: A3 en 1964 [10] y TA (BIH) en 1969. [11]
El segundo SI fue definido en términos del átomo de cesio en 1967. De 1971 a 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, quedó claro que los relojes que participaban en TAI marcaban a ritmos diferentes debido a la dilatación del tiempo gravitacional y, por lo tanto, la escala combinada de TAI correspondía a un promedio de las altitudes de los distintos relojes. A partir de la fecha juliana 2443144.5 (1 de enero de 1977 00:00:00), se aplicaron correcciones a la salida de todos los relojes participantes, de modo que TAI correspondiera a la hora adecuada en el geoide ( nivel medio del mar ). Debido a que los relojes estaban, en promedio, muy por encima del nivel del mar, esto significó que el TAI se desaceleró en aproximadamente una parte en un billón. La antigua escala de tiempo sin corregir continúa publicándose bajo el nombre EAL ( Échelle Atomique Libre , que significa Escala Atómica Libre ). [13]
El instante en que comenzó a aplicarse 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 leer JD 2443144.5003725 (1 de enero de 1977 00:00:32.184) exactamente en ese instante. [b] TAI fue en adelante una realización de TT, con la ecuación TT(TAI) = TAI + 32,184 s. [15]
La existencia continuada de TAI fue cuestionada en una carta de 2007 del BIPM al UIT-R que decía: "En el caso de una redefinición de UTC sin segundos intercalares, el CCTF consideraría discutir la posibilidad de suprimir TAI, ya que permanecería paralelo al UTC continuo." [dieciséis]
A diferencia de TAI, 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 sus inicios en 1961 hasta diciembre de 1971, los ajustes se realizaron regularmente en fracciones de segundos intercalares para que UTC se aproximara a UT2 . Posteriormente, estos ajustes se realizaron sólo en segundos completos para aproximar UT1 . Este fue un acuerdo de compromiso para permitir una escala de tiempo de transmisión pública. Los ajustes menos frecuentes de segundos completos significaron que la escala de tiempo sería más estable y más fácil de sincronizar a nivel internacional. El hecho de que siga acercándose a UT1 significa que tareas como la navegación que requieren una fuente de tiempo universal siguen siendo bien atendidas por la transmisión pública de UTC. [17]
En 1964, BIH se dio cuenta de que algunos cronómetros atómicos eran mucho mejores que otros y construyeron el A3 basándose en los 3 mejores.