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El tiempo solar es un cálculo del paso del tiempo en función de la posición del Sol en el cielo . La unidad fundamental del tiempo solar es el día , basado en el período de rotación sinódico . Tradicionalmente, existen tres tipos de cálculo del tiempo basados en observaciones astronómicas: tiempo solar aparente y tiempo solar medio (que se analizan en este artículo), y tiempo sidéreo , que se basa en los movimientos aparentes de estrellas distintas del Sol. [1]
Un poste alto fijado verticalmente en el suelo proyecta una sombra en cualquier día soleado. En un momento dado durante el día, la sombra apuntará exactamente al norte o al sur (o desaparecerá si el Sol se mueve directamente sobre nosotros). Ese instante se llama mediodía local aparente , o 12:00 hora local aparente. Aproximadamente 24 horas más tarde, la sombra volverá a apuntar de norte a sur, y el Sol parece haber cubierto un arco de 360 grados alrededor del eje de la Tierra. Cuando el Sol ha recorrido exactamente 15 grados (1/24 de un círculo, midiendo ambos ángulos en un plano perpendicular al eje de la Tierra), la hora aparente local es exactamente las 13:00; después de 15 grados más serán las 14:00 exactamente.
El problema es que en septiembre el Sol tarda menos tiempo (medido con un reloj preciso) en hacer una revolución aparente que en diciembre; 24 "horas" de tiempo solar pueden ser 21 segundos menos o 29 segundos más que 24 horas de reloj. Este cambio se cuantifica mediante la ecuación del tiempo y se debe a la excentricidad de la órbita de la Tierra (es decir, la órbita de la Tierra no es perfectamente circular, lo que significa que la distancia entre la Tierra y el Sol varía a lo largo del año) y al hecho de que el eje de la Tierra es no perpendicular al plano de su órbita (la llamada oblicuidad de la eclíptica ).
El efecto de esto es que un reloj que funciona a un ritmo constante (por ejemplo, completando el mismo número de oscilaciones del péndulo en cada hora) no puede seguir al Sol real; en cambio, sigue un " Sol medio " imaginario que se mueve a lo largo del ecuador celeste a un ritmo constante que coincide con el ritmo promedio del Sol real durante el año. [2] Este es el "tiempo solar medio", que todavía no es perfectamente constante de un siglo al siguiente, pero está lo suficientemente cerca para la mayoría de los propósitos. A partir de 2008 [actualizar], un día solar medio es de unos 86.400,002 segundos SI , es decir, unas 24,0000006 horas. [3]
El sol aparente es el sol verdadero visto por un observador en la Tierra. [4] La hora solar aparente o hora solar verdadera [a] se basa en el movimiento aparente del Sol real . Se basa en el día solar aparente , el intervalo entre dos retornos sucesivos del Sol al meridiano local . [5] [6] El tiempo solar aparente se puede medir de forma tosca mediante un reloj de sol . [b]
La duración de un día solar varía a lo largo del año y el efecto acumulado produce desviaciones estacionales de hasta 16 minutos con respecto a la media. El efecto tiene dos causas principales. Primero, debido a la excentricidad de la órbita de la Tierra , la Tierra se mueve más rápido cuando está más cerca del Sol ( perihelio ) y más lento cuando está más alejada del Sol ( afelio ) (ver las leyes del movimiento planetario de Kepler ). En segundo lugar, debido a la inclinación axial de la Tierra (conocida como oblicuidad de la eclíptica ), el movimiento anual del Sol se produce a lo largo de un gran círculo (la eclíptica ) que está inclinado hacia el ecuador celeste de la Tierra . Cuando el Sol cruza el ecuador en ambos equinoccios , el desplazamiento diario del Sol (en relación con las estrellas de fondo) forma un ángulo con el ecuador, por lo que la proyección de este desplazamiento sobre el ecuador es menor que su promedio para el año; Cuando el Sol está más alejado del ecuador en ambos solsticios , el cambio de posición del Sol de un día al siguiente es paralelo al ecuador, por lo que la proyección sobre el ecuador de este cambio es mayor que el promedio del año (ver año tropical ). En junio y diciembre, cuando el sol está más alejado del ecuador celeste, un desplazamiento determinado a lo largo de la eclíptica corresponde a un desplazamiento grande en el ecuador. Por tanto, los días solares aparentes son más cortos en marzo y septiembre que en junio o diciembre.
Estas longitudes cambiarán ligeramente en unos pocos años y significativamente en miles de años.
El tiempo solar medio es el ángulo horario del Sol medio más 12 horas. Este desfase de 12 horas se debe a la decisión de hacer que cada día comience a medianoche para fines civiles, mientras que el ángulo horario o el sol medio se mide a partir del meridiano local. [10] A partir de 2009 [actualizar], esto se realiza con la escala de tiempo UT1 , construida matemáticamente a partir de observaciones de interferometría de línea de base muy larga de los movimientos diurnos de fuentes de radio ubicadas en otras galaxias, y otras observaciones. [11] : 68, 326 [12] La duración de la luz del día varía durante el año, pero la duración de un día solar medio es casi constante, a diferencia de la de un día solar aparente. [13] Un día solar aparente puede ser 20 segundos más corto o 30 segundos más largo que un día solar medio. [9] [14] Los días largos o cortos ocurren en sucesión, por lo que la diferencia aumenta hasta que el tiempo medio está adelantado al tiempo aparente en aproximadamente 14 minutos cerca del 6 de febrero, y retrasado en aproximadamente 16 minutos cerca del 3 de noviembre. La ecuación de El tiempo es esta diferencia, que es cíclica y no se acumula de año en año.
El tiempo medio sigue al sol medio. Jean Meeus describe el sol malo de la siguiente manera:
Consideremos un primer Sol ficticio que viaja a lo largo de la eclíptica con velocidad constante y coincide con el Sol verdadero en el perigeo y el apogeo (cuando la Tierra está en perihelio y afelio, respectivamente). Consideremos entonces un segundo Sol ficticio que viaja a lo largo del ecuador celeste a velocidad constante y coincide con el primer Sol ficticio en los equinoccios. Este segundo sol ficticio es el Sol medio . [15]
La duración del día solar medio aumenta lentamente debido a la aceleración de las mareas de la Luna por la Tierra y la correspondiente desaceleración de la rotación de la Tierra por la Luna.
El sol siempre ha sido visible en el cielo y su posición forma la base del tiempo solar aparente, el método de cronometraje utilizado en la antigüedad. Un obelisco egipcio construido c. 3500 aC, [16] un gnomon en China fechado en 2300 aC, [17] y un reloj de sol egipcio fechado en 1500 aC [18] son algunos de los primeros métodos para medir la posición del sol.
Los astrónomos babilónicos sabían que las horas de luz variaban a lo largo del año. Una tablilla del 649 a.C. muestra que utilizaron una proporción de 2:1 para el día más largo y el día más corto, y estimaron la variación utilizando una función lineal en zigzag. [19] No está claro si conocían la variación en la duración del día solar y la correspondiente ecuación del tiempo . Ptolomeo distingue claramente el día solar medio y el día solar aparente en su Almagesto (siglo II), y tabuló la ecuación del tiempo en sus Tablas prácticas . [20]
El tiempo solar aparente se volvió menos útil a medida que aumentó el comercio y mejoraron los relojes mecánicos. La hora solar media se introdujo en los almanaques de Inglaterra en 1834 y de Francia en 1835. Debido a que el sol era difícil de observar directamente debido a su gran tamaño en el cielo, la hora solar media se determinó como una proporción fija del tiempo observado por las estrellas. , que utilizó observaciones puntuales. Un estándar específico para medir el "tiempo solar medio" a partir de la medianoche pasó a denominarse Tiempo Universal. [11] : 9–11
Conceptualmente el Tiempo Universal es la rotación de la Tierra con respecto al sol y por tanto es el tiempo solar medio. Sin embargo, UT1, la versión de uso común desde 1955, utiliza una definición de rotación ligeramente diferente que corrige el movimiento de los polos de la Tierra a medida que gira. La diferencia entre esta hora solar media corregida y la hora universal coordinada (UTC) determina si se necesita un segundo intercalar . (Desde 1972, la escala de tiempo UTC se ha ejecutado en segundos SI , y el segundo SI, cuando se adoptó, ya era un poco más corto que el valor actual del segundo del tiempo solar medio. [21] [11] : 227–231 )
Lo que llamamos tiempo aparente los franceses lo llaman verdadero
temps vrai [tiempo real]
el ángulo horario solar o tiempo solar verdadero (TST)