Astrònom de suport

Astronomia per a enginyers | Enginyeria per a astrònoms

Les escales de temps i el segon intercalar

Després d'un temps de silenci, retorno a aquest bloc per explicar un dels conceptes més bàsics en el que astrònoms i enginyers tenen visions clarament diferents: el temps. Pot semblar que la mesura del temps és una cosa senzilla, només cal anar sumant segons i ja està. Si això fos així, perquè el passat 31 de desembre va tenir un segon de més? En aquesta entrada us explico algunes de les escales de temps que existeixen i un dels conceptes temporals més desconcertants: el segon intercalar.

Les zones horàries

Tothom està acostumat a treballar amb dates. Parlem sense problemes d'anys, mesos, dies, hores, minuts, segons, etc. El què no està tan clar és a què ens referim quan fem servir aquests valors. En la vida diària, això ens és una mica igual. Sabem que un dia té 24 hores i que una hora té 60 minuts. Un minut, al seu torn, té (gairebé sempre) 60 segons o, el què és el mateix, que un dia té 86.400 segons. Algú podria dir, encertadament, que l'hora que marquen els nostres rellotges (inclosos els nostres ordinadors) és l'hora oficial del nostre país. És ben conegut que diversos països tenen zones horàries diferents. Les diferents zones horàries es solen representar amb un mapa del món com el següent:

Standard_World_Time_Zones.png

"Official Standard Time Zones in the world" per TimeZonesBoy té llicència CC BY-SA 4.0.

Així doncs quan, per exemple, són la una del migdia a Barcelona, poden ser les 7 del matí a Nova York. Això fa que, si viatgem de Barcelona a Nova York, ens calgui canviar l'hora del nostre rellotge. El què no està tant clar és perquè hi ha aquestes zones horàries.

Les zones horàries són el reflex de que la Terra és esfèrica. Com que la Terra és esfèrica, hi ha un costat il·luminat pel Sol, mentre que l'altre costat està a l'ombra:

Missing flash plugin. Download here.

Vídeo mostrant com diferents zones de la Terra tenen diferents orientacions respecte el Sol, situat a l'esquerra del vídeo. Vídeo fet amb Celestia.

Històricament, s'ha definit les 12 del migdia com el moment en el que el Sol està en el seu punt més alt. Com que cada punt de la Terra té una orientació lleugerament diferent respecte el Sol, l'hora de cada punt de la Terra ha de ser necessàriament diferent. En cas contrari, es podria donar el cas que el sol sortís a les 8 del vespre o que es pongués a les 10 del matí.

El temps universal coordinat (UTC)

Les diferents zones horàries són només una petita molèstia a l'hora de viatjar, però sol ser un tema rellevant a l'hora de comunicar-nos amb altres persones o ordinadors distribuïts per tot el món. Per tal de fer coincidir les marques de temps de tots els ordinadors del món, es sol fer servir el temps d'una de les zones horàries. La zona horària de referència és, per motius històrics, la zona horària de Greenwich (a Gran Bretanya) a l'hivern i es coneix amb el nom de temps universal coordinat (UTC). Aquesta escala de temps està àmpliament utilitzada, ja que els diferents països defineixen l'hora oficial a partir d'ella, tot afegint o restant les zones horàries corresponents i, en alguns països, l'horari d'estiu (inclosa Gran Bretanya). D'aquesta manera, tots els llocs del mateix país tenen la mateixa hora i, a l'anar d'un país a un altre, només cal canviar les hores (els minuts i els segons continuen sent els mateixos).

Fins ara, he explicat com es determina l'hora dels nostres rellotges, però no he explicat com es determina el temps universal coordinat. Idealment, es podria definir el temps UTC de manera que el Sol trigués 24 hores exactes (86400 segons) a passar dos cops per sobre del mateix punt de la Terra. Ni una dècima més, ni una dècima menys. La Terra, però, no és una esfera perfecta que giri totalment aliena als fenòmens que tenen lloc al seu voltant. El Sol, la Lluna i les marees, el desgel dels pols a l'estiu, els terratrèmols i tots els fenòmens que impliquen un moviment de massa tenen un efecte sobre l'orientació de la Terra. Així doncs, si un dia tingués sempre 86400 segons exactes, però la durada del dia canviés, la durada un segon podria dependre de qualsevol dels fenòmens que afecten a la rotació de la Terra.

El temps atòmic internacional (TAI)

L'arribada dels rellotges atòmics va proporcionar una manera de definir una escala de temps estable, permetent crear una definició de segon sòlida. Així doncs, es va definir que un segon és el temps que necessita un electró per realitzar 9.192.631.770 transicions d'energia en un àtom de cesi en repò. Hi ha dos punts que voldria destacar en aquesta definició:

  • El primer punt és que el segon es defineixi per un àtom en repòs. El motiu és que la Terra té una velocitat de rotació (gira sobre si mateixa) i de translació (gira al voltant del Sol). Tal i com prediu la teoria de la Relativitat d'Einstein, el temps transcorre a ritmes diferents en funció de la velocitat a la que ens movem. Així doncs, s'ha observat que rellotges movent-se a velocitats diferents (per exemple, en satèl·lits) mesuren el temps de manera diferent.

  • El segon punt rellevat és el nombre de transicions que defineixen un segon. Perquè no es va definir el segon com el temps necessari per fer 9 mil milions de transicions? Hauria sigut un valor molt més fàcil de recordar i pràcticament no hi hauria hagut cap diferència (menys d'un 3%). El motiu és que si un dia UTC havia de continuar tenint 86400 segons, es va determinar que calien aquest nombre de transicions cada segon.

Una definició de segon estable, que no depengui de fenòmens externs, permet definir un dia estable, que duri sempre 86400 segons. Aquestes noves definicions van donar lloc a una nova escala de temps, el temps atòmic internacional (TAI). És important ressaltar que aquesta escala de temps no depèn de la orientació de la Terra.

Els segons intercalars

En la majoria de casos, un dia UTC i un dia TAI duren exactament el mateix: 86400 segons. Però, com ja he comentat anteriorment, la Terra no gira de manera perfectament constant. En especial, la Terra gira cada cop més lentament degut a que la gravetat de la Lluna l'està frenant, a través de les marees. A mesura que passa el temps, si els temps UTC i TAI continuessin sent els mateixos, el temps UTC ja no reflectiria l'orientació de la Terra. Així doncs, de tant en tant, cal fer algunes correccions al temps UTC per mantenir-lo d'acord amb la orientació de la Terra.

Quan l'hora definida per l'orientació real de la Terra (anomenada temps UT1) es desvia del temps UTC més de 0.5 segons, es resta un segon sencer al temps UTC, tot introduint un segon extra a les 12 de la nit (al 31 de juny o al 31 de desembre). Això és el què va passar la nit del 31 de desembre de 2016 a l'1 de gener de 2017, tot fent que les 23:59:60 fos un valor vàlid.

timediff_cat.png

Diferència de temps UT1-TAI i UTC-TAI en funció de l'any. Cada esglaó a la línia blava correspon a un segon intercalar.

El segon intercalar fa que el temps UTC, en el qual es basen la majoria d'ordinadors, no es pugui considerar com una cosa constant, on el dia sempre dura 86400 segons i un minut sempre dura 60 segons. Hi ha moments, com el passat 31 de desembre, en els que un minut dura 61 segons. Aquest fet s'ignora en la major part del programari i ha provocat nombrosos errors en el passat, fins i tot en grans multinacionals. Tot i que hi ha propostes per abolir el segon intercalar tot modificant la definició de UTC, la solució podria passar per que els ordinadors fessin servir el temps TAI per sincronitzar els seus rellotges, en lloc del temps UTC. Però això potser ho comento en una altra ocasió.

Tornar