4.3: Manteniendo el tiempo
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Explicar la diferencia entre el día solar y el día sideral
- Explicar la media del tiempo solar y el motivo de las zonas horarias
La medición del tiempo se basa en la rotación de la Tierra. A lo largo de la mayor parte de la historia humana, el tiempo ha sido contado por las posiciones del Sol y las estrellas en el cielo. Sólo recientemente los relojes mecánicos y electrónicos se han hecho cargo de esta función en la regulación de nuestras vidas.
La duración del día
La unidad astronómica más fundamental del tiempo es el día, medido en términos de la rotación de la Tierra. Sin embargo, hay más de una manera de definir el día. Por lo general, pensamos en ello como el periodo de rotación de la Tierra con respecto al Sol, llamado el día solar. Después de todo, para la mayoría de la gente el amanecer es más importante que el tiempo de ascenso de Arcturus o alguna otra estrella, así que ajustamos nuestros relojes a alguna versión de Sun-time. Sin embargo, los astrónomos también utilizan un día sideral, el cual se define en términos del periodo de rotación de la Tierra con respecto a las estrellas.
Un día solar es un poco más largo que un día sideral porque (como se puede ver en la Figura) la Tierra no sólo gira sino que también se mueve a lo largo de su trayectoria alrededor del Sol en un día. Supongamos que comenzamos cuando la posición orbital de la Tierra es en el día 1, con tanto el Sol como alguna estrella distante (ubicada en la dirección indicada por la larga flecha blanca apuntando a la izquierda), directamente en línea con el cenit para el observador en la Tierra. Cuando la Tierra ha completado una rotación con respecto a la estrella distante y está en el día 2, la flecha larga apunta nuevamente a la misma estrella distante. No obstante, observe que debido al movimiento de la Tierra a lo largo de su órbita del día 1 al 2, el Sol aún no ha alcanzado una posición por encima del observador. Para completar un día solar, la Tierra debe rotar una cantidad adicional, igual a 1/365 de giro completo. El tiempo requerido para esta rotación extra es 1/365 de un día, o aproximadamente 4 minutos. Por lo que el día solar es aproximadamente 4 minutos más largo que el día sideral.
Debido a que nuestros relojes ordinarios están establecidos en tiempo solar, las estrellas se elevan 4 minutos antes cada día. Los astrónomos prefieren el tiempo sideral para planificar sus observaciones porque en ese sistema, una estrella se eleva a la misma hora todos los días.
Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Tiempo sideral y tiempo solar
El Sol hace un círculo completo en el cielo aproximadamente cada 24 horas, mientras que las estrellas hacen un círculo completo en el cielo en 4 minutos menos de tiempo, o 23 horas y 56 minutos. Esto hace que las posiciones de las estrellas a una hora determinada del día o de la noche cambien ligeramente cada día. Dado que las estrellas suben 4 minutos antes cada día, eso funciona a aproximadamente 2 horas al mes (4 minutos × 30 = 120 minutos o 2 horas). Entonces, si una constelación en particular se levanta al atardecer durante el invierno, puedes estar seguro de que para el verano, se levantará unas 12 horas antes, con el amanecer, y no será tan fácilmente visible en el cielo nocturno. Digamos que esta noche la estrella brillante Sirio se levanta a las 7:00 p.m. desde un lugar dado para que a medianoche, esté muy alto en el cielo. ¿A qué hora se levantará Sirio en tres meses?
Solución
Dentro de tres meses, Sirius estará subiendo antes al:
\[ 90 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} = 360 \text{ minutes or } 6 \text{ hours} \nonumber\]
Se levantará alrededor de la 1:00 p.m. y estará alto en el cielo alrededor del atardecer en lugar de la medianoche. Sirio es la estrella más brillante de la constelación de Canis Major (el perro grande). Entonces, alguna otra constelación será prominentemente visible en lo alto del cielo en esta fecha posterior.
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
Si una estrella se levanta esta noche a las 20:30 horas, aproximadamente, ¿a qué hora subirá dentro de dos meses?
- Contestar
-
En dos meses, la estrella se levantará:
\[ 60 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} =240 \text{ minutes or } 4 \text{ hours earlier.} \nonumber\]
Esto significa que se levantará a las 4:30 p.m.
Tiempo Solar Aparente
Podemos definir el tiempo solar aparente como el tiempo calculado por la posición real del Sol en el cielo (o, durante la noche, su posición debajo del horizonte). Este es el tipo de tiempo indicado por los relojes de sol, y probablemente representa la primera medida de tiempo utilizada por las civilizaciones antiguas. Hoy, adoptamos la mitad de la noche como punto de partida del día y medimos el tiempo en horas transcurridas desde la medianoche.
Durante la primera mitad del día, el Sol aún no ha llegado al meridiano (el gran círculo en el cielo que pasa por nuestro cenit). Designamos esas horas como antes del mediodía (ante meridiem, o a.m.), antes de que el Sol llegue al meridiano local. Habitualmente comenzamos a numerar de nuevo las horas posteriores al mediodía y las designamos antes de la tarde (post meridiem), después de que el Sol llegue al meridiano local.
Aunque el tiempo solar aparente parece sencillo, en realidad no es muy conveniente de usar. La duración exacta de un día solar aparente varía ligeramente durante el año. El avance hacia el este del Sol en su recorrido anual alrededor del cielo no es uniforme porque la velocidad de la Tierra varía ligeramente en su órbita elíptica. Otra complicación es que el eje de rotación de la Tierra no es perpendicular al plano de su revolución. Por lo tanto, el tiempo solar aparente no avanza a una tasa uniforme. Después de la invención de relojes mecánicos que funcionan a un ritmo uniforme, se hizo necesario abandonar el aparente día solar como unidad fundamental del tiempo.
Tiempo Solar Medio y Tiempo Estándar
En cambio, podemos considerar el tiempo solar medio, que se basa en el valor promedio del día solar a lo largo del año. Un día solar medio contiene exactamente 24 horas y es lo que usamos en nuestro cronometraje diario. Aunque el tiempo solar medio tiene la ventaja de progresar a un ritmo uniforme, sigue siendo inconveniente para su uso práctico porque está determinado por la posición del Sol. Por ejemplo, el mediodía ocurre cuando el Sol está por encima. Pero debido a que vivimos en una Tierra redonda, la hora exacta del mediodía es diferente a medida que cambias tu longitud moviéndote hacia el este o el oeste.
Si se observara estrictamente el tiempo medio solar, las personas que viajaban hacia el este o el oeste tendrían que reiniciar sus relojes continuamente a medida que cambiaba la longitud, solo para leer correctamente la hora media local. Por ejemplo, un viajero que viaja de Oyster Bay en Long Island a la ciudad de Nueva York tendría que ajustar el tiempo en el viaje por el túnel del East River porque el tiempo de Oyster Bay es en realidad unos 1.6 minutos más avanzado que el de Manhattan. (Imagínese un viaje en avión en el que un odioso asistente de vuelo se pone en el intercomunicador cada minuto, diciendo: “Por favor, reinicie su reloj para la hora media local”).
Hasta cerca de finales del siglo XIX, cada ciudad y pueblo de Estados Unidos mantenía su propio tiempo medio local. Con el desarrollo de los ferrocarriles y el telégrafo, sin embargo, se hizo evidente la necesidad de algún tipo de estandarización. En 1883, Estados Unidos se dividió en cuatro zonas horarias estándar (ahora seis, entre ellas Hawái y Alaska), cada una con un sistema de tiempo dentro de esa zona.
Para 1900, la mayor parte del mundo estaba utilizando el sistema de 24 zonas horarias globales estandarizadas. Dentro de cada zona, todos los lugares mantienen la misma hora estándar, con el tiempo solar medio local de una línea estándar de longitud corriendo más o menos a través de la mitad de cada zona. Ahora los viajeros restablecen sus relojes solo cuando el cambio de hora ha ascendido a una hora completa. La hora estándar del Pacífico es 3 horas antes que la hora estándar del este, hecho que se vuelve dolorosamente obvio en California cuando alguien en la costa este se olvida y te llama a las 5:00 a.m.
A nivel mundial, casi todos los países han adoptado una o más zonas horarias estándar, aunque una de las naciones más grandes, la India, se ha asentado en una media zona, estando a 5.5 horas del estándar de Greenwich. Además, varios países grandes (Rusia, China) utilizan oficialmente solo una zona horaria, por lo que todos los relojes de ese país mantienen la misma hora. En el Tíbet, por ejemplo, sale el Sol mientras que los relojes (que mantienen la hora de Beijing) dicen que ya es media mañana.
El horario de verano es simplemente la hora estándar local del lugar más 1 hora. Se ha adoptado para su uso en primavera y verano en la mayoría de los estados de Estados Unidos, así como en muchos países, para prolongar la luz del sol hasta horas de la tarde, sobre la teoría aparente de que es más fácil cambiar la hora por acción gubernamental de lo que sería para individuos o empresas ajustar sus propios horarios para producir el mismo efecto. Por supuesto, no “ahorra” ninguna luz del día —porque la cantidad de luz solar no está determinada por lo que hacemos con nuestros relojes— y su observancia es un punto de debate legislativo en algunos estados.
La línea de fecha internacional
El hecho de que el tiempo esté siempre avanzando a medida que avanzas hacia el este presenta un problema. Supongamos que viaja hacia el este alrededor del mundo. Pasas a una nueva zona horaria, en promedio, aproximadamente cada 15° de longitud que viajas, y cada vez que diligentemente pones tu reloj por delante una hora. Para cuando hayas completado tu viaje, has puesto tu reloj por delante unas 24 horas completas y así ganaste un día sobre los que se quedaron en casa.
La solución a este dilema es la Línea Internacional de Fecha, fijada por acuerdo internacional para correr aproximadamente a lo largo del meridiano de 180° de longitud. La línea de fecha corre por la mitad del Océano Pacífico, aunque trota un poco en algunos lugares para evitar atravesar grupos de islas y atravesar Alaska (Figura\(\PageIndex{2}\)). Por convención, en la línea de fecha, la fecha del calendario se cambia en un día. Cruzando la línea de fecha de poniente a oriente, adelantando así tu tiempo, compensas disminuyendo la fecha; cruzando de este a oeste, aumentas la fecha en un día. Para mantener nuestro planeta en un sistema racional de cronometraje, simplemente debemos aceptar que la fecha diferirá en distintas ciudades al mismo tiempo. Un buen ejemplo es la fecha en que la Armada Imperial Japonesa bombardeó Pearl Harbor en Hawai, conocido en Estados Unidos como el domingo 7 de diciembre de 1941, pero enseñó a estudiantes japoneses como el lunes 8 de diciembre.
Resumen
La unidad básica del tiempo astronómico es el día, ya sea el día solar (calculado por el Sol) o el día sideral (contado por las estrellas). El tiempo solar aparente se basa en la posición del Sol en el cielo, y el tiempo solar medio se basa en el valor promedio de un día solar durante el año. Por acuerdo internacional, definimos 24 zonas horarias alrededor del mundo, cada una con su propia hora estándar. La convención de la Línea Internacional de Fecha es necesaria para conciliar tiempos en diferentes partes de la Tierra.
Glosario
- tiempo solar aparente
- tiempo medido por la posición del Sol en el cielo (el tiempo que sería indicado por un reloj de sol)
- Línea de fecha internacional
- una línea arbitraria en la superficie de la Tierra cerca de la longitud 180° a través de la cual la fecha cambia en un día
- tiempo solar medio
- tiempo basado en la rotación de la Tierra; el tiempo solar medio pasa a una velocidad constante, a diferencia del tiempo solar aparente
- día sideral
- Período de rotación de la Tierra definido por las posiciones de las estrellas en el cielo; el tiempo entre sucesivos pasajes de la misma estrella a través del meridiano
- día solar
- Período de rotación de la Tierra definido por la posición del Sol en el cielo; el tiempo entre sucesivos pasajes del Sol a través del meridiano