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Segundo Extra
2015-06-30

Del blog del Pamplonetario:

El día más largo: 86401 segundos.

86.400 +1. ¿Por qué sucede todo esto?

Hace poco más de una semana comentábamos que el comienzo del verano boreal, el solsticio, es el momento del año con el día más largo y la noche más corta. Nos referíamos, claro, al tiempo que pasa el Sol sobre el horizonte, porque los principales movimientos de nuestro planeta, su rotación diaria y su revolución anual, no varían apenas. Sin embargo, poco a poco (y podríamos echarle la culpa -de esto sí-  a la Luna) la rotación va ralentizándose, enlenteciéndose (que es palabra castellana aunque no se diga tanto), y los precisos contadores del tiempo tienen que ajustarse un poco.

Como siempre, los humanos somos reos de nuestra tradición y nuestras costumbres. Y lo que hace siglos era más o menos correcto, cuando aplicas los sistemas precisos y exactos de que disponemos ahora, se convierte en un quebradero de cabeza. Hoy, 30 de junio de 2015, como tenemos un segundo intercalar (extra), aprovecharemos este espacio de tiempo para contaros algunas curiosidades de la duración del día. Bien, un segundo no da para mucho, así que resumiremos (aunque ya te anticipamos que nos llevará un rato).

1) ¿Qué es un día?

En esencia, es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta sobre su eje. Claro que la forma en que medimos lo que dura una rotación cambia bastante. Por ejemplo, podríamos ponernos en el espacio, viendo la Tierra desde fuera, y miraríamos así el tiempo en que el planeta tarda en girar 360 grados, con respecto -por así decirlo- al resto del Universo, a las estrellas. Este tiempo, de hecho, es fundamental en astronomía, porque al cabo de un día sidéreo (así lo llamamos, de "sidereus", que en latín quiere decir "estelar"), las estrellas se ven de la misma forma en el cielo.

Sin embargo, como habitualmente no estamos en el espacio viendo la Tierra desde fuera, no parece demasiado práctico para el día a día esta definición del día y tradicionalmente se usaba una idea también sencilla, pero más evidente: un día es el tiempo en que tarda el Sol en verse sobre el meridiano al mediodía. El día solar se mide de forma intuitiva porque es la sombra más corta la que marca el paso del Sol por el meridiano (la línea Norte-Sur) y podemos registrarlo con un sencillo dispositivo: un palo (y que no haya nubes). O un reloj de sol, que es precisamente eso, aunque al palo le llamamos gnomon.

Resulta que los dos días que hemos definido no duran lo mismo. Porque como la Tierra va dando vueltas sobre si misma a la vez que orbita en torno al Sol, el tiempo en que el Sol pasa por el meridiano es un poco más de una vuelta sidérea: unos 4 minutillos más o menos (luego hablamos de eso del más o menos) que a lo largo del año se acumulan para dar un día de más. Visto desde la Tierra, nuestro planeta da en un año 365 1/4 vueltas y una vuelta más porque a la vez estaba haciendo la revolución en torno al Sol. Así hay 366 1/4 vueltas con respecto a las estrellas (días sidéreos) donde hemos puesto 365 1/4 días de los que medimos con el reloj de sol, es decir, días solares.

La realidad es un poco más complicada porque de hecho la órbita terrestre es una elipse y esto quiere decir que la Tierra va unas veces un poco más deprisa (en enero, por ejemplo) y otras más lentamente (ahora en julio) al estar cerca del Sol -su perihelio- o lejos -afelio-. Esto provoca que de hecho a lo largo del año unos días solares duren un poco más que otros, o visto desde la Tierra, que el Sol parezca adelantar o atrasar periódicamente. Aunque ciertamente mucha gente no lo sepa, esto no es algo que se haya descubierto recientemente: desde muy antiguo se estableció la conveniencia de establecer un día solar medio que tiene una duración fija y que podemos resumir en: un día solar medio tiene 24 horas, de 60 minutos cada hora, de 60 segundos cada minuto. O sea: 86.400 segundos por día.

Los segundos, en primer lugar

No nos vamos a poner a aquí a hacer una historia del Segundo, pero te invitamos que bucees por la Red, porque la medida del tiempo tiene historias apasionantes. Es cierto que nuestro sistema sexagesimal (en base 60) de minutos de 60 segundos y horas de 60 minutos parece algo raro en una sociedad que para casi todas las medidas ha decidido usar un sistema decimal y centesimal. Pero es que la cosa viene de muy antiguo y realmente la forma en que se mide la duración del segundo trajo de cabeza a mucha gente durante mucho tiempo, en una lucha por conseguir medir mejor y sobre todo por disponer de sistema de medida (los relojes y cronómetros) que fueran exactos. Esto era fundamental para casi todo, sobre todo cuando la civilización comenzó a necesitar de la medida del tiempo para navegar por todo el planeta (y medir las coordenadas de forma precisa para no perderse en el ancho océano). Como ahora vivimos en una civilización global e interconectada nos puede parecer raro que hace poco más de un siglo realmente no existiera una "hora común" para todos, y que lo primero que hacía alguien al llegar a una nueva ciudad era mirar la torre del ayuntamiento o de la iglesia y poner su reloj en hora.

Hasta el año 1964 se definía precisamente el segundo a partir de la medida del reloj de la torre... bueno, más o menos, esto de manera más sofisticada porque ya a mediados del siglo XIX se comenzaron a establecer las horas nacionales y en cada país una oficina se encargaba de proporcionar una precisa medida del tiempo... que partía, desde luego, de las observaciones de los astrónomos. Como es verano, te recomendamos un viaje bellísimo y sorprendente al Castillo de Abbadia, en Hendaya. Erigido por Antoine d'Abbadie d'Arrast, explorador, aventurero, lingüista y astrónomo hacia 1860, contiene un observatorio astronómico donde un telescopio meridiano se usó, precisamente, para medir la culminación de estrellas, su paso por la línea Norte- Sur, que era el trabajo para poder calibrar perfectamente cualquier reloj. En España en el Observatorio de Madrid y en el Real Observatorio de la Armada en San Fernando, desde los tiempos de Jorge Juan en el reinado de Carlos III, se establecieron las necesidades básicas para contar con una medida del tiempo precisa.

Ese segundo astronómico es complejo de medir porque requiere (recuerda que decíamos lo del día solar "medio") hacer promedios a lo largo de tiempos de observación largos. Y sobre todo, exige tener mecanismos precisos para medir el tiempo.

Los relojes atómicos

Desde mediados del siglo pasado se vio que el uso combinado de algunas propiedades atómicas -suena raro, pero cuando estás viendo la luz de un tubo fluorescente de la cocina, esa luz es precisamente fruto "de las propiedades atómicas" del gas neón que hay dentro del tubo, así que los fenómenos "atómicos" son algo que tenemos muy cerca- se podía tener una medida muy exacta. Los relojes atómicos son más o menos eso: un dispositivo en el que un átomo oscila de forma precisa (como saben hacerlo) y cuya oscilación registramos. Hace muchos siglos se comenzaron a usar los relojes con péndulo: la oscilación periódica del péndulo proporcionaba la escala de medida del tiempo. Ahora hacemos lo mismo, pero con la envoltura electrónica de algunos materiales.

Esto daría también para hablar de muchas cosas, y quizá un día lo hagamos, pero como solo tenemos un segundo para contarlo todo, pasemos por encima. La cosa es que actualmente el Sistema Internacional de Unidades define el segundo no como 1/86400 partes de la duración del día solar medio, sino como

9 192 631 770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de Cesio a una temperatura de 0 K.

(ver wikipedia)

Con la llegada de los relojes atómicos no solamente llegó esta nueva definición del segundo, sino -y sobre todo- llegó una estabilidad y rapidez en la medida mucho mayor, y también, la posibilidad de coordinar internacionalmente de manera precisa la medición.

¿Medir el cielo y la Tierra? Mucho para un segundo

Ya decíamos que hay mucha historia y mucha tradición en esto del segundo, y daría para hacer un libro (o dos), pero en esencia te recordamos que durante mucho tiempo el segundo era una fracción pequeña de la duración de un día solar medio, y luego pasó a ser un número de oscilaciones atómicas del Cesio. Y ambas cosas no siempre son iguales...

Porque la Tierra va dando poco a poco vueltas algo más lentamente que lo hacía antes. Y esto se pone de manifiesto especialmente cuando estamos usando una medida del segundo (y del día) que no tiene que ver con los movimientos de la Tierra. De esta manera, los segundos atómicos tienen su duración, pero los segundos astronómicos son poco a poco más largos.

La situación es un poco más compleja porque internacionalmente se establece un promedio de las medidas de diferentes relojes atómicos y estos generan una línea de tiempo que se llamó en los años 70 el TIEMPO ATÓMICO INTERNACIONAL (TAI) y que se emitía para todo el mundo, cada país podía así ponerse "en hora" fácilmente (las telecomunicaciones son básicas en esta historia).

Realmente nosotros no medimos sin más usando en nuestros relojes este TAI, porque tradicionalmente el tiempo que se usaba para los horarios civiles venía sincronizado al llamado GMT (Tiempo Medio de Greenwich), que era el que daban los astrónomos. Para complicar todo un poco más (recomendamos, por ejemplo, leer el artículo de wikipedia sobre el segundo intercalar) en general lo que se usa para compartir la hora es el llamado TIEMPO UNIVERSAL (UT). Y durante un tiempo convivieron el UT1 que era el GMT astronómico con el TAI, y se generaba entonces el llamado UTC o TIEMPO UNIVERSAL COORDINADO (manda cielos, qué locura...) que era el UT1 salvo que la diferencia entre el tiempo atómico y el astronómico superara 0,9 segundos, y entonces se añadía un segundo de más, ese segundo intercalar que hoy vivimos.

Tabla en la Wikipedia del desfase entre el tiempo atómico y el astronómico a lo largo de los años

Así durante los años 70 y 80, más o menos cada año se incorporaba un segundillo de más, normalmente a final de año, en el último segundo del último minuto de la última hora del último día de diciembre de cada año. Aunque a veces se hacía a mediados de año, tras el último segundo del último minuto del último día de junio. Qué ganas...

De hecho, hasta 2012, cuando el 30 de junio se introdujo por última vez (hasta hoy) se nos han regalado 25 segundos. CASI MEDIO MINUTO en menos de medio siglo.

¿Y quién hace todo esto?

Durante mucho tiempo, en París estaba el BIH (Oficina Internacional de la Hora), dependiente de la Ofincial Internacional de Pesos y Medidas, que establecía estas cosillas de la medida del tiempo. De interés para los astrónomos y para los geodestas (los que miden el cielo y la Tierra, que no es poco), a partir del año 1998 se estableció el Servicio Internacional de los Sistemas de Referencia y de la Rotación Terrestre (IERS), por parte de la Unión Astronómica Internacional y la Unión de Geodesia y Geofísica.

De todas formas, como en los últimos decenios la mayor importancia de la medida del tiempo ha estado en el mundo de las telecomunicaciones, las Naciones Unidas llevaron a que más allá de quienes miden y establecen la conveniencia de la hora, en esto de lo que dura un día -o más bien de si se cambia o se adapta- quienes tienen más que decir están en la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT).

Realmente, para los del IERS el sistema de ir incorporando cuando hace falta un segundo más, es más o menos un procedimiento estándar, y dado que se hizo tantas veces en los últimos decenios no parecía que fuera tan complicado: la humanidad había sobrevivido razonablemente bien a estos segundos de regalo.

Pero la UIT comenzó a ponerse pejiguera desde hace 20 años: los sistemas de telecomunicaciones, la navegación aérea y demás se podría resentir de un sistema que -por aquello de una errata en la programación- no tuviera en cuenta que de vez en cuando los astrónomos y geofísicos decidían regalarnos un segundo más. A los escritores de novelas de misterio por el contrario les encantaba eso de que de vez en cuando los sistemas de control de todo el mundo se pudieran volver locos: espías, terroristas internacionales o simples ladrones aprovechaban esos breves instantes de impunidad para hacer de las suyas. La realidad, sin embargo, era más prosaica y nunca había habido problema alguno (como cuando lo del efecto 2000... parece que los ingenieros informáticos son un poco más listos que la mala imagen que solemos tener de ellos, y ciertamente el mundo no llegó a su fin, ni esa vez ni las siguientes).

La casi-catástrofe australiana de 2012

Hasta que llegó el 30 de junio de 2012 y sucedió algo... Cuando se introdujo el segundo extra que estaba programado los ordenadores de la compañía aérea australiana QUANTAS decidieron pararse al no poder computar ese segundo. Esto provocó la demora de 400 vuelos de la compañía, pero esta demora se propagó en todos los aeropuertos donde el check-in se tuvo que hacer ¡A MANO!. Quienes a través de internet intentaban sacar la tarjeta de embarque se encontraron con que no había manera y el sistema internacional que controla estas cosas, Amadeus, casi se vuelve loco. Como pueden leer (en inglés) en esta historia de The Guardian, en aquella época las transacciones de las líneas aereas en todo el mundo ascendían a 1.000 millones diariamente, y los check-ins por internet a 3 millones diarios. En 2 horas la cosa no funcionó, o funcionó mal en muchas partes.

Realmente no hubo problemas serios ni riesgo de accidentes, por más que alguno quisiera ver aquí la primera señal del Apocalipsis. En cualquier caso unos y otros estuvieron unos días echándose la culpla de un lado a otro: que si el problema era en el protocolo que lleva el tiempo en internet (el NTP), que si el problema era de los cacharritos programados en java, que si estaba en el navegador Firefox, que si era imprevisión de los australianos...

Lo cierto es que desde 2012 no se había vuelto a meter un segundo, entre otras cosas porque la UIT decidió pensárselo un poco y comprobar que no hubiera problema. Ahora finalmente han permitido que vuelvan a regalarnos un segundo y, esperamos, no pasará nada malo.

En cualquier caso, la UIT propone dejarse de meter segunditos sin más y esperar a que la cosa sea más importante. Por ejemplo, cada 6 siglos bastaría con meter una hora extra para compensar el desfase, y ese día se podría convertir en una verdadera fiesta mundial, ya puestos.

Esperad: ¿la Tierra va más lenta? ¿Por culpa de la Luna?

En el Planetario de Pamplona somos muy escépticos de los que se creen que los astros nos influyen, aunque deberíamos decir que somos racionales y escépticos y no nos podemos creer las monsergas de los astrólogos y demás que creen en esas influencias místicas de los astros sobre las conductas humanas, y menos aún que un horóscopo sirva para nada más que para sacar el dinero a los ingenuos. Pero los astros nos influyen, a pesar de los astrólogos podríamos decir. Y en maneras que, con esta historia del segundo intercalar, vemos que van más allá de lo obvio.

Estamos acostumbrados a que nos cuenten cómo la atracción combinada de la Luna provoca las mareas en la Tierra, y cómo coordinando esto con el Sol tenemos las mareas vivas y muertas a lo largo del mes. También sabemos que la Luna nos presenta la misma cara porque su rotación (la Luna da vueltas sobre su propio eje) está secuestrada por la traslación orbital en torno a la Tierra: ambos movimientos están sincronizados. Pero la marea lunar también afecta a la Tierra de otra manera, además de subir y bajar las masas enormes de agua de los océanos, y es enlenteciendo la rotación terrestre.

Poco a poco el día, así, es más largo, y por eso el segundo astronómico se iba haciendo más largo, algo que pudimos comprobar bien al tener un segundo atómico que no dependía de la rotación terrestre. Y aquí está la madre del cordero de toda esta historia: la Tierra va rotando poco a poco más lentamente. También hay otro efecto, y es que poco a poco la Luna va escapándose de la Tierra.

Con los reflectores que dejaron en la Luna las misiones Apolo y mediante haces láser, pero también con las mediciones con ondas de radio, se comprueba cómo la Luna se separa un poco menos de 3 cm cada año de nosotros. Eso quiere decir que poco a poco se irá escapando (no sucederá ahora).

Estamos hablando de variaciones MUY pequeñas pero que acumuladas son importantes. Antes de la extinción de los dinosaurios, el día duraba unas 23 horas. En cualquier caso, y como ya os decíamos al comienzo (estamos terminando, perdonad la extensión...) además de lo que decíamos hay otros movimientos de la rotación terrestre que provocan pequeñas variaciones. Por ejemplo, fenómenos globales en el sistema oceánico y atmosférico del clima terrestre, como el Niño, producen pequeñas variaciones de la duración del día de unos milisegundos. Y con la pérdida de los casquetes polares por el cambio climático se acumulan también otras pequeñas variaciones.

Algo que vamos sabiendo, recordémoslo, gracias a que cada vez tenemos relojes más y más precisos con los que medir que nada permanece. Que es lo que decían los griegos, todo hay que decirlo.

Feliz segundo extra. 

2015-06-30 10:50 Enlace

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