¿Sabías qué...?

Cada poco más de un año, se introduce un segundo intercalar en la escala de tiempo UTC (Tiempo Universal Coordinado) , la escala de tiempo atómico mundial mediante la que se fija el tiempo civil, para mantener dicha escala en fase con la rotación de la Tierra?

Francisco Javier Galindo Mendoza
Subdirector Real Instituto y Observatorio de la Armada en San Fernando
Laboratorio Asociado al Centro Español de Metrología

El concepto de “tiempo civil” se utiliza en referencia a aquellas escalas de tiempo establecidas por ley y designadas por autoridades civiles, fundamentalmente con el propósito de promover el comercio y el interés público, aunque esta definición puede tener otras acepciones. En la modernidad, el tiempo civil se refiere generalmente a la hora oficial, establecida a partir de UTC, mediante un desfase o desviación temporal fija, en ocasiones ajustado durante parte del año para adaptarse a las variaciones estacionales del Sol, en cuyo caso se habla de “horario de verano”. Así por ejemplo, la hora en España se fija mediante la Orden ITC/2432/2006, de 20 de julio, que modifica el anexo del R.D. 648/1994, de 15 de abril, a partir de la realización práctica de UTC en el Real Observatorio de la Armada, con un desfase de una hora (salvo en el archipiélago canario) implícitamente establecido con la Orden de 7 de marzo de 1940 (BOE núm.: 68). En verano, este desfase es de dos horas (una hora en las Islas Canarias), conforme a la Orden PRA/157/2017, de 24 de febrero, por la que se publica el calendario del período de la hora de verano correspondiente a los años 2017 a 2021.

UTC es una escala de tiempo de gran exactitud y estabilidad, basada en unos 450 relojes atómicos distribuidos por unos setenta y cinco laboratorios en todo el mundo. UTC utiliza como unidad de tiempo el segundo del Sistema Internacional (SI) de unidades.

El segundo intercalar asegura que, en promedio, el Sol continúa sobre el meridiano de Greenwich a mediodía con un margen de error inferior a un segundo. Cuando se introdujo el segundo SI en el año 1967, se hizo coincidir con el segundo astronómico basado en el día solar medio de 86400 s sobre el año 1820; sin embargo, la velocidad de rotación de la Tierra ha estado disminuyendo durante los últimos 1000 años a un ritmo promedio de 1,4 ms por siglo, por lo que el día es en la actualidad 2,8 ms más largo de lo que lo era en 1820. Desde el 1820, el día solar medio dura más de esos 86400 segundos que tiene el día, produciéndose un progresivo desfase con UTC, que cuando se aproxima a las nueve décimas de segundo, se reduce hasta un valor próximo a la décima de segundo mediante la inclusión de un nuevo segundo intercalar.

Una diferencia de 2,8 ms al día equivale a aproximadamente 1 s/año, y esta es la razón por la que se efectúa la inserción de un segundo intercalar de manera más o menos regular cada año aproximadamente. Sobre este efecto se sobreponen las variaciones a corto plazo en la duración del día, que hacen que los periodos entre los segundos intercalares no sean constantes. Las condiciones meteorológicas globales contribuyen de hecho en el cambio a corto plazo de la longitud del día, al igual que la interacción entre el núcleo y manto de la Tierra y la circulación oceánica global también pueden contribuir en las fluctuaciones decenales, de ahí que durante algunos años no haya sido necesario introducir segundos intercalares (entre 1999 y 2014 solo se han introducido 3 segundos intercalares, es decir, un segundo cada cinco años). En todo caso, esta condición no puede persistir y la tendencia a largo plazo debe ir restituyéndose.

En síntesis, la inclusión del segundo intercalar, es como si sincronizáramos el reloj utilizado como referencia con el reloj solar, para que ambos se hagan coincidir, es decir, atrasamos en un segundo el reloj “bueno” (el basado en los relojes atómicos) para acomodarlo al “malo” (el solar), ya que es inviable hacer lo que hubiera parecido más razonable: Adecuar el reloj malo al bueno, o lo que es lo mismo, modificar la velocidad de rotación de la Tierra en torno a su eje, y con ello la duración del día solar medio.

La principal razón por la que se introdujo el concepto de segundo intercalar fue la de satisfacer un requisito necesario para la navegación astronómica, consistente en mantener pequeña la diferencia entre el tiempo solar y el tiempo atómico. La necesidad de disponer del segundo intercalar ha disminuido gracias a la amplia disponibilidad de sistemas de navegación por satélite, tales como el GPS, mientras que la complejidad operativa de mantener sistemas precisos para la medida del tiempo han llevado a que el proceso de inserción de segundos intercalares sea cada vez más difícil y costoso.

Representación gráfica de UTC y de la forma más habitualmente empleada de UT (UT1), en función de la escala Tiempo Atómico Internacional TAI: una escala atómica muy estable y continua, de la que deriva UTC considerando la diferencia inicial de 10 s y los segundos intercalares aplicados hasta la fecha. Periodo de 1972 a 2018.
Representación gráfica de UTC y de la forma más habitualmente empleada de UT (UT1), en función de la escala Tiempo Atómico Internacional TAI: una escala atómica muy estable y continua, de la que deriva UTC considerando la diferencia inicial de 10 s y los segundos intercalares aplicados hasta la fecha. Periodo de 1972 a 2018.

¿Deben ajustarse nuestros relojes a la desaceleración en la rotación de la Tierra, o deberían ser los únicos responsables en la medición del tiempo?

Las deliberaciones en torno a la inclusión de los segundos intercalares en UTC se han convertido en algo tradicional entre las personas que mantienen el tiempo –científicamente al menos– en todo el mundo. Los científicos de mediados del siglo pasado, seguramente pensaron que la definición de UTC era la que contentaría al mayor número de colectividades de la sociedad. Los navegantes y astrónomos se basaban en el tiempo exacto para confirmar la ubicación de los cuerpos celestes, que les permitiera navegar (a los primeros) o llevar a cabo estudios (a los segundos). Sin considerar los segundos intercalares, la información de sus documentos relativos a los astros se desplazarían gradualmente quedando en discordancia con los cielos.

Sin embargo, cuando otros consorcios y organizaciones implementan sistemas dependientes del tiempo, tienen que decidir sincronizarlos al reloj atómico, a UTC, o a otra cosa.

Los aumentos en la precisión en el tiempo se han producido como respuesta a las demandas de un planeta cada vez más organizado.

Hubo un tiempo en el que si un reloj marchaba con cinco o diez minutos de adelanto o atraso en el transcurso de un día, no importaba. Por lo general, los relojes eran inexactos, y la mayoría de las actividades no requerían una sincronización a intervalos regulares.

Delegados de los 26 países participantes en la Conferencia Internacional del Meridiano (Washington, 1884), en la que se adopta el meridiano de Greenwich como meridiano cero y el tiempo medio en dicho meridiano como la hora de referencia mundial. Enmarcado en rojo, el ministro plenipotenciario español, el escritor y diplomático Juan Valera. Fotografía: Biblioteca Digitale dell’Archiginnasio.
Delegados de los 26 países participantes en la Conferencia Internacional del Meridiano (Washington, 1884), en la que se adopta el meridiano de Greenwich como meridiano cero y el tiempo medio en dicho meridiano como la hora de referencia mundial. Enmarcado en rojo, el ministro plenipotenciario español, el escritor y diplomático Juan Valera. Fotografía: Biblioteca Digitale dell’Archiginnasio.

Incluso cuando se desarrollaba la vida urbana, la determinación del tiempo tenía carácter local, y ni tan siquiera había garantía de que los ayuntamientos y bancos se pusieran de acuerdo en sincronizar sus relojes. Cuanto menos entre poblaciones más o menos alejadas, porque no había manera de comprobar la diferencia horaria dada la lentitud de los transportes. Con la llegada del ferrocarril, la situación cambiaría, y la precisión exigida no ha dejado de aumentar con el paso del tiempo: La sincronización de las señales de tráfico requiere una precisión mejor que un minuto, los teléfonos, smartphones, internet o el GPS sincronizan con una precisión por debajo del segundo, y el NASDAQ ya utiliza marcas de tiempo con precisión del nanosegundo (mil millonésima parte del segundo).

Lo llamativo de todo esto es que ninguno de estos dispositivos depende de la posición del Sol. La rotación de la Tierra y UTC podrían derivar lentamente hasta que las 12 del mediodía se encontrara en mitad de la noche, pero los relojes atómicos mantendrían su precisión, los receptores GPS aún permitirían la localización precisa, y los trenes seguirían circulando de acuerdo a sus horarios.

¿Hasta cuándo los segundos intercalares?

La introducción de segundos intercalares en la escala UTC se viene cuestionando desde principios de siglo. Desde entonces y ante la proximidad de una nueva inclusión de un segundo intercalar, hemos sido testigos de la circulación de noticias inquietantes sobre las consecuencias negativas que el segundo intercalar pueda ocasionar, como el colapso de los sistemas operativos Unix, retrasos en los vuelos por fallos de sistemas informáticos o problemas con algunos navegadores.

En realidad son muchos los partidarios de dejar que el tiempo solar medio referido al meridiano de Greenwich y contado desde la medianoche (lo que se conoce como Tiempo Universal, UT) se separe libremente del UTC mediante la supresión de los segundos intercalares, debido a los problemas que plantea su introducción, el coste en recursos, sobre todo humanos, y la posibilidad de cometer errores.

Probablemente, la única objeción seria a la supresión es conceptual, ya que con ello se perdería la relación entre el tiempo civil y la rotación de la Tierra, en la cual tiene su origen. Pero los efectos negativos reales sobre nuestra vida serían prácticamente nulos; se estima que en los primeros cincuenta años desde la eliminación se acumulará una diferencia de un minuto, que es irrelevante desde el punto de vista práctico. Los únicos realmente afectados serían los marinos que todavía usan la navegación astronómica, aunque pueden articularse soluciones para que su efecto sea el menor posible.

Traslación: La Tierra describe una órbita elíptica en torno al Sol, por lo que se traslada más rápido en las proximidades del perihelio (2ª Ley de Kepler). La oblicuidad del plano determinado por la Tierra en su traslación en torno al Sol (plano de la eclíptica), con el plano del ecuador terrestre, además de fijar las estaciones del año, también provoca que la proyección del Sol sobre el ecuador varíe de forma desigual a lo largo del año.
Traslación: La Tierra describe una órbita elíptica en torno al Sol, por lo que se traslada más rápido en las proximidades del perihelio (2ª Ley de Kepler). La oblicuidad del plano determinado por la Tierra en su traslación en torno al Sol (plano de la eclíptica), con el plano del ecuador terrestre, además de fijar las estaciones del año, también provoca que la proyección del Sol sobre el ecuador varíe de forma desigual a lo largo del año.

Por otra parte, se ha obviado una cuestión fundamental, y es que en todo momento se ha tratado el segundo intercalar como un ajuste que se aplica sobre UTC para mantener esta hora próxima al UT; sin embargo, lo que de verdad observamos desde la Tierra es el Sol verdadero desplazándose por el firmamento, lo que define un tiempo denominado tiempo solar aparente. Este tiempo es el tiempo local que proporciona un reloj de sol.

Debido a la inclinación del eje de la Tierra respecto a la perpendicular al plano de traslación de la Tierra en torno al Sol, y debido asimismo a la forma elíptica de la órbita de la Tierra, el intervalo de tiempo entre sucesivos pasos del Sol sobre un determinado meridiano no es constante. La diferencia entre el tiempo solar medio y el aparente se conoce como ecuación de tiempo. La diferencia entre el mediodía aparente (cuando el Sol alcanza su máxima altura) y el mediodía medio puede llegar a ser superior a 14 minutos, alcanzando valores máximos a mediados de febrero (diferencia positiva) y principios de noviembre (diferencia negativa); por tanto, las tardes en noviembre son media hora más cortas que las mañanas, mientras que en febrero las mañanas son media hora más cortas que las tardes.

Ecuación de Tiempo: Diferencia entre el tiempo solar aparente y el tiempo solar medio a lo largo del año. La gráfica presenta las contribuciones derivadas de la oblicuidad de la eclíptica (verde) y de la excentricidad de la órbita (rojo).
Ecuación de Tiempo: Diferencia entre el tiempo solar aparente y el tiempo solar medio a lo largo del año. La gráfica presenta las contribuciones derivadas de la oblicuidad de la eclíptica (verde) y de la excentricidad de la órbita (rojo).

Este argumento es uno de los esgrimidos por quienes desean abolir los segundos intercalares, puesto que aunque el transcurso del tiempo solar medio es bastante uniforme, puede llegar a estar separado del tiempo solar verdadero hasta unos 16,5 minutos, es decir, tanto como lo que podría llegar a acumular la diferencia entre UTC y UT en más de 4 siglos si se dejara que UTC transcurriera libremente.

Curiosamente, el mantenimiento o la supresión de los segundos intercalares no depende de físicos o astrónomos, sino que es la Unión Internacional de Telecomunicaciones la que tiene competencias en este tema. La decisión debió tomarse en la Asamblea de Radiocomunicaciones de 2012, pero los países participantes decidieron posponerla hasta el 2015 para asegurar que se tuviesen en cuenta todas las opciones técnicas; la realidad fue que la mayoría de los países no habían preparado el tema en profundidad y no tenían una opinión fundamentada.

En noviembre de 2015, la decisión volvió a ser aplazada hasta la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones en 2023.

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