Em inúmeros locais da rede, é possível encontrar a alegação de que segundos bissextos são inseridos no UTC para rastrear o UT1, que novamente rastreia o tempo solar médio no meridiano de referência.
No entanto, quando tentei localizar uma definição real de UT1, a mais próxima que encontrei foi a resolução B1.8 da IAU de 2000, que parece defini-la implicitamente a partir da seguinte relação com o ângulo de rotação da Terra:
Aqui, a constante mágica 1.00273781191135448 parece derivar da razão entre o período de rotação da Terra e o ano sideral - mas parece não haver previsão para ajustá-lo às mudanças observadas nessa proporção. (Os vários dígitos menos significativos da constante já devem estar errados).
À medida que a rotação da Terra diminui, o UT1 está, portanto, fora de sincronia com o tempo solar médio no meridiano de referência IERS? Ou eu estou esquecendo de alguma coisa?
Respostas:
Esta pergunta é efetiva: existe uma discrepância, talvez progressiva, entre a medida de tempo oficial UT1 e alguma outra medida confiável do tempo solar médio? É mais difícil responder do que parece à primeira vista.
O UT1 é o atual representante oficial do tempo solar médio: é duvidoso que qualquer medida independente do tempo solar médio (exceto parentes diretos do UT1, como UT0 ou UT2) tenha sido recentemente definida ou calculada com precisão. (O método da equação do tempo normalmente realizado é apenas aproximadamente aproximado, porque ignora as muitas perturbações solares descobertas desde o início do século XVIII-C. e seus resultados podem variar do tempo solar médio preciso em até cerca de 3 segundos: Hughes et al. (1989), "A equação do tempo", http://adsabs.harvard.edu/abs/1989MNRAS.238.1529H.) Mas, como a pergunta indica, uma razão para questionar UT1 é que o tempo solar depende naturalmente de duas variáveis independentes, relacionadas às taxas angulares da rotação axial da Terra e do movimento orbital da Terra em torno do sol: em contraste, o UT1 oficial o cálculo parece condensá-los em uma única razão constante, perdendo assim uma das variáveis independentes do modelo físico natural. Isso pode muito bem levantar suspeitas de que o UT1 se desvie ou se desvie de um tempo solar médio mais definido fisicamente.
De fato, existe uma base alternativa e física (não oficial) para o cálculo do tempo solar médio. Isso pode ser obtido a partir da história das definições e cálculos médios da hora solar do século XIX. Ao mesmo tempo, há também alguma documentação da história para indicar a origem e a natureza de algumas das medidas tomadas no século XX / XXI, para mudar o antigo modelo físico do século XIX para o atual (e muito pouco). transparente!) base de cálculo para UT1, descrita em: (N Capitaine et al. (2003), "Expressões para implementar a definição IAU 2000 de UT1", Astronomy & Astrophysics 406, 1135-1149, http: // adsabs .harvard.edu / abs / 2003A% 26A ... 406,1135C ).
Método clássico para determinar o tempo solar médio (Nautical Almanac, 19-c.): (Não discutido aqui é o método da equação do tempo, que se tornou mais pesado à medida que perturbações do movimento solar aparente foram descobertas sucessivamente durante o século 18-c. ; todos eles tiveram que ser incluídos em cálculos precisos.) Um método equivalente mais simples para o tempo solar médio, com uma precisão astronômica adequada para o período, foi fornecido pelas tabelas de 1774 de Nevil Maskelyne (encontradas em http: // docs.lib. noaa.gov/rescue/rarebooks_1600-1800/QB12M31774.pdf), especialmente sua tabela de longitude média do Sol convertida de graus para horas e fornecida com uma precisão de 0,01 tempo-segundo. Suas instruções mostraram como usar isso para converter o tempo sideral observado em tempo solar. Pode não estar claro se Maskelyne pretendeu que esse método estabelecesse um padrão fora do tempo médio de Greenwich, mas parece que foi o que aconteceu. Assim, inicialmente, de acordo com os métodos 'Astronomie' de JJ Lalande (3 edições, Paris, 1764, 1771, 1792) para o tempo médio ainda se baseavam geralmente na equação do tempo, mas na terceira edição de 1792 de Lalande (vol.1, https: // archive.org/details/astronomielalande01lala, ver art.1014-5, p.361) acrescentou uma menção à tabela de Maskelyne, comentando que 'na Inglaterra' era usado para encontrar o tempo médio de uma observação. O Almanaque Náutico acabou por começar (a partir de 1833) a tabular a relação entre o tempo sideral e o tempo solar médio (tempo sideral no meio-dia de Greenwich) e durante o resto do século XIX. essas tabulações forneceram o que se tornou métodos observatórios padrão para encontrar a energia solar média desde o tempo sideral (ver JC Adams 1884, "Sobre a definição do tempo solar médio", Observatório 7, 42-44, http://adsabs.harvard.edu/abs/ 1884Obs ..... 7 ... 42A ).
O método possui uma base física simples em astronomia esférica, usando uma divisão em duas partes do arco do equador celeste que se estende do ponto equinocial a leste até o ponto culminante no meridiano - mostrado no diagrama abaixo.
As definições de tempo e as explicações de JJ de Lalande (1792, 'Astronomie', 3ª ed. Vol.1, art.1014, p.361, https://archive.org/details/astronomielalande01lala ) afirmam claramente (expressando ascensões retas em graus, conforme o costume de Lalande):
"A longitude média do sol, mais o tempo médio convertido em graus, dá a ascensão correta do meio do céu." Isso se traduz, em termos do diagrama aqui, em: QS + MS = QM.
Lalande também apontou (art.1015) que "a ascensão reta do Sol, ou a estrela usada para encontrar a ascensão reta do meio do céu, deve ser contada a partir do equinócio médio, como a longitude média do sol ...". Os leitores modernos precisam observar ainda que (a) o 'tempo sideral' observado e tabulado até o final do século 19 sempre incluía o efeito da nutação na ascensão reta, ou seja, era o tempo sideral 'aparente' (ver explicação no Nautical Almanac 1864, pp.515, https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=mdp.39015068159329 ), e (b) também naqueles dias tabular longitudes médios do sol ainda incluído o efeito de aberração significativo: Newcomb de as tabelas de 1895-8 foram as primeiras a tentar removê-lo.
Lalande (art.1015) continuou: "segue-se que a ascensão reta do meio do céu" {ie tempo sideral} "adicionada ao complemento às 24h da longitude média do Sol dá o tempo médio", e "esse método é usado na Inglaterra, para encontrar o tempo de uma observação: o Sr. Maskelyne deu em suas tabelas o movimento do Sol em centésimos de segundo "." Nos termos do diagrama, isso se traduz como: tempo médio MS = QM + (24h - QS ) = QM - QS.
Uma versão moderna do método clássico anterior para definir o tempo solar médio:Durante o período em que métodos como o anterior eram atuais, as fontes das tabelas solares usadas para calcular os almanaques anuais foram ocasionalmente atualizadas, quando novas e mais corretas teorias e tabelas se tornaram disponíveis. Assim, para o Almanaque Náutico (Reino Unido), os elementos médios de Delambre para o Sol foram usados com pequenas correções até 1833, depois os elementos médios de Bessel de 1834 a 1863 e os de Leverrier de 1864 até o final do século. O princípio permaneceu inalterado, embora tenham ocorrido leves descontinuidades nas tabulações nos pontos de transição. Consequentemente, uma versão modernizada do mesmo método pode ser implementada usando dados precisos recentes para as longitudes médias do sol. Duas fontes modernas de elementos médios / longitudes para o sol (ambos em termos de efemérides / tempo dinâmico TT) estão disponíveis: em JL Simon et al.http://adsabs.harvard.edu/abs/1994A%26A...282..663S ; e em J Chapront et al., "Uma nova determinação de parâmetros orbitais lunares ..." (derivada da efeméride sucessora JPL DE405 em uso oficial 2003-14), Astronomy & Astrophysics 387, 700-709, http: // adsabs .harvard.edu / abs / 2002A% 26A ... 387..700C. As posições solares nessas duas efemérides dificilmente diferem umas das outras para os propósitos atuais. As longitudes solares médias calculadas a partir do equinócio médio da data são dadas em Simon et al. Os dados de Chapront et al. são para um equinócio fixo de J2000 ao qual a precessão geral em longitude deve ser aplicada. Ambos os conjuntos de longitudes médias modernas são geométricos, deixando a aberração média a ser aplicada como -20 ".4955 no arco. Com esse ajuste, eles podem ser usados como as antigas longitudes médias, convertidas no tempo, tratadas como ascensões retas da média fictícia. sol, e aplicado nas fórmulas fornecidas acima para relacionar o tempo solar médio com o tempo sideral médio. Os resultados podem ser comparados com os valores atuais de UT1. {Alguns exemplos de cálculos serão adicionados se solicitado.}
Meridiano zero moderno do IERS: Vale a pena notar que parece não haver necessidade de qualquer diferença entre o tempo no antigo instrumento de trânsito no observatório de Greenwich e o tempo no novo meridiano de referência (zero) do IERS. A via terrestre do meridiano de referência IERS está localizada a cerca de 102 m a leste da linha do meridiano através do antigo instrumento de trânsito. Um artigo de S Malys et al. (2015), "Por que o meridiano de Greenwich se moveu" (J Geodesy 89, 1263-1272, em http://adsabs.harvard.edu/abs/2015JGeod..89.1263M) explica a diferença de faixa do solo como efeito da deflexão gravitacional local da vertical. Assim, enquanto a pista de terra do meridiano zero IERS está sensivelmente a leste do antigo instrumento de trânsito aéreo, a uma distância que faria uma rotação de cerca de 5,3 "em longitude ou cerca de 0,35 tempo-segundos, se representasse uma rotação geocêntrica em um terra esferoidal, de fato não houve rotação do quadro de referência (dentro do erro de medição): a deflexão da vertical faz da diferença um deslocamento paralelo.Com o plano nominalmente meridiano (mas não geocêntrico) do antigo instrumento de trânsito praticamente paralelo para um plano de meridiano geocêntrico através da pista mais oriental do meridiano de referência IERS, um instrumento de trânsito montado no plano de meridiano geocêntrico IERS 'veria'
Mudanças modernas no tempo solar médio / UT1: O padrão do Almanaque Náutico do século XIX para o tempo solar médio foi alterado de várias maneiras sucessivas em relação ao padrão atual para UT1. (Não são discutidas aqui as correções dos efeitos de desvio polar e sazonal observados, levando às diferenças entre UT0, UT1 e UT2.) Mas havia uma história de 19-c. a controvérsia sobre uma das trocas mencionadas acima, dos dados solares mais antigos para os mais recentes, vale uma breve descrição, porque pressagia e pode ter influenciado parte do 20/21-c. desvios do uso de longitudes solares médias.
Em uma das trocas (dos dados de Bessel até o final de 1863, aos dados de LeVerrier usados a partir de 1864), uma descontinuidade de pouco mais de meio segundo foi gerada na relação tabular entre o tempo solar sideral e o tempo solar médio (mostrado, por exemplo, por os valores tabulares diários do tempo sideral ao meio-dia no Almanaque Náutico para '1863 Dec 32' e 1864 em 1º de janeiro) (dados para Greenwich no meio-dia 1864 em 1º de janeiro de 1864 no volume de 1864, em https://babel.hathitrust.org/ cgi / pt? id = mdp.39015068159329 e para o mesmo dia físico no volume de 1863 em que foi designado '1863 Dec 32', https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=mdp.39015068159006 ) .
Houve uma breve explicação e pedido de desculpas no prefácio de 1864: a mudança de etapa surgiu porque a teoria de LeVerrier havia identificado novas perturbações periódicas solares a longo prazo: enquanto elas permaneciam desconhecidas, seu efeito estava implícito nos antigos elementos médios, e assim eles tiveram que ser removidos do novo; o maior deles devido a Marte e Júpiter estava próximo do seu pico no início de 1864 e responsável por quase toda a discrepância temporal da mudança.
Essa mudança e descontinuidade atraíram pouca atenção por quase vinte anos; mas então EJ Stone, astrônomo de renome e diretor de um observatório universitário, estava tentando, na década de 1880, explicar as crescentes discrepâncias entre os lugares observados da lua e as posições calculadas pelas tabelas de la Lune de Hansen, de 1857. Stone apreendeu (erroneamente), como a causa dos erros lunares, na descontinuidade de 1864 de cerca de meio segundo no tempo solar médio calculado decorrente da passagem dos elementos solares médios de Bessel para os de Leverrier (EJ Stone, 1883 MNRAS 43, 335-345 e 401-407). Os dois efeitos não tinham relação e Stone também cometera um erro que exagerava os erros por um fator de cerca de 365. Os erros de Stone foram apontados na impressão por um quarteto não menos que John Couch Adams (1883 MNRAS 44, 43-47; 1884 MNRAS 44, 82-84), Arthur Cayley (1883 MNRAS 44, 47-49; 1884 MNRAS 44, 84-85), Simon Newcomb (1884 MNRAS 44, 234-5; 1884 MNRAS 44, 381-3; 1894 MNRAS 54, 286-8) e GB Airy (Observatório 6 de 1883, 184-5), mas Stone persistiu obstinadamente em sua posição. Ele também escreveu um artigo veemente para a Royal Society, com base em sua análise defeituosa dos erros lunares, na qual insistia que nenhuma revisão deveria ser permitida novamente no futuro para criar qualquer descontinuidade na medida tabular do tempo solar médio (EJ Stone (1883), Proc. R. Soc. Lond. 35, 135-7,http://rspl.royalsocietypublishing.org/content/35/224-226/135 ). Obviamente, essa era uma demanda incompatível com o uso de longitudes médias solares corrigidas sempre que novas teorias e observações mostrassem a necessidade de correção. Mas, estranhamente, o princípio de Stone de exigir continuidade foi realmente seguido nas alterações feitas na UT1 explicitamente em 1984 e 2003 (e implicitamente em 1960). É difícil dizer se isso surgiu ou não de algum descendente da influência de Stone.
Houve quatro ocasiões principais de alteração desde o século XIX-C. prática descrita acima: em 1900, com a fórmula de Newcomb para quantidades de tempo; em 1960, e a introdução do Ephemeris Time em muitos cálculos, mas não nas quantidades de tempo; em 1984, com uma nova definição oficial de UT1 adotada por Aoki et al (1982), "A nova definição de Tempo Universal", http://adsabs.harvard.edu/abs/1982A%26A...105..359A ; e em 2003 com a introdução da base atual da UT1, descrita brevemente na resolução IA1 2000 B1.8 e mais detalhadamente em N Capitaine (2003) "Expressões para implementar a definição IAU 2000 de UT1", http: //adsabs.harvard .edu / abs / 2003A% 26A ... 406,1135C .
1900: A fórmula do tempo de Newcomb fez uma alteração muito pequena no equivalente no tempo da longitude média do sol, aumentando o termo quadrático. A motivação e o efeito remontam ao trabalho e à prática de LeVerrier, resumido por A Gaillot em 1886: "Sur la mesure du temps", Boletim Astronômico, Ser. I, v.3, 221-232, http://adsabs.harvard.edu/abs/1886BuAsI...3..221G. A análise de precessão de LeVerrier supunha que a rotação axial da Terra era perfeitamente uniforme. Ele também descobriu que sua teoria da precessão dos equinócios em ascensão reta levou a um termo quadrático discordante do termo quadrático para a aceleração secular do sol em longitude. Ao incorporar um incremento no termo quadrático na longitude do sol para remover a discrepância de 2ª ordem, o efeito foi fazer incrementos no tempo médio quase proporcionais aos do tempo sideral (e transmitir a suposta uniformidade da rotação da Terra para uma uniformidade proporcional). do cálculo derivado (mas alterado) para o tempo solar médio). Newcomb mencionou brevemente o ponto em seu livro "Os elementos dos quatro planetas internos e as constantes fundamentais da astronomia" (1895, p. https://archive.org/details/cihm_16774 , consulte a p.188). Essa parece ser a origem histórica da prática ainda atual de tornar a medida do tempo solar médio uma função linear exata da rotação da Terra, um ponto especificamente levantado pela questão atual. Ninguém agora supõe que a rotação da terra seja uniforme.
1960: Com a introdução do Ephemeris Time ( https://en.wikipedia.org/wiki/Ephemeris_time ) nos almanaques oficiais de 1960, os dados solares foram efetivamente corrigidos, não como era habitual pela mudança de números, mas pelo tempo - deslocando-o por um deslocamento DeltaT, a diferença (Ephemeris Time - Universal Time). Os números foram mantidos inalterados, mas agora estavam relacionados a uma escala de tempo diferente. Nenhuma alteração foi feita no cálculo do tempo solar nominalmente médio. O efeito foi reter o acúmulo dos erros de tempo constituídos pela diferença entre a nova melhor estimativa da posição média do sol e a antiga.
1984: A definição de UT1 foi revisada de forma a manter a continuidade do valor e da taxa no momento da transição, no início de 1984 (ver S Aoki et al., (1982), link acima).
2003: Foi feita uma revisão adicional ao UT1, mantendo a continuidade no momento da transição, no início de 2003 (ver N Capitaine et al., (2003), link acima).
Resumo / conclusão: A descrição acima mostra algo de como os cálculos atuais para UT1 se afastaram, em princípio, dos métodos clássicos usados para definir e calcular o tempo solar médio. Mas parece não ser mais necessário afirmar que UT1 étempo solar médio: portanto, o glossário da IAU 2006 NFA chama UT apenas "uma medida de tempo que se adapta, em uma estreita aproximação, ao movimento diurno médio do Sol". Os valores atuais de UT1 podem ser comparados com os resultados de uma versão modernizada de um antigo método padrão para o tempo solar médio do tempo sideral. Parece que as diferenças entre este e o UT1 atual ainda estão bem abaixo de um segundo, embora se possa esperar que aumentem com o aumento do DeltaT, a diferença em segundos entre ((dinâmico) TT - UT1). Portanto, as diferenças provavelmente permanecem menores que as diferenças permitidas, por exemplo, entre UT1 e UTC. O brilho da IAU parece amplamente justificado, embora possa ser de interesse contínuo ter um método de calcular uma forma mais tradicional de tempo solar médio para verificar eventuais discrepâncias acumuladas.
{O aviso de qualquer erro em tudo isso será apreciado com gratidão!}
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A rotação da Terra, UT1 e o Ângulo de Rotação da Terra são fontes de luz extragalácticas estritamente medidas. De fato, atualmente, UT1 é calculado usando a definição mencionada, uma relação linear direta com o Ângulo de Rotação da Terra entre os quadros celestes e terrestres intermediários, em vez do sol médio ficticioso real, devido à impraticabilidade de tal medição no contexto de precisão moderna necessária para esses quadros.
Aqui está uma boa referência para ler sobre este tópico complexo:
Observatório Naval dos EUA, Tempo de precisão e rotação da Terra, Dennis D. McCarthy, IAU 2004, https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core/content/view/S1743921305001377
EDIT -
Aqui está uma abordagem diferente que também pode ajudar na compreensão deste tópico.
O importante a ter em mente é que hoje em dia, com a crescente precisão necessária para muitas aplicações modernas, precisávamos de quadros de referência e relacionamentos entre eles o mais consistente e preciso possível. Para isso, nos referimos aos objetos mais estáveis e facilmente mensuráveis.
O problema com o Sol era que sua localização ou movimento médio não pode ser rastreado de maneira viável com uma precisão de algumas dezenas de microssegundos, como quasares. A adoção de uma definição com base nisso teria introduzido imprecisões na própria definição e complexificado os relacionamentos, prejudicando a precisão de todo o sistema, porque UT1-UTC é um dos elos entre as estruturas terrestres e celestes. Assim, a IAU decidiu adotar uma definição "desconectada" do tempo solar médio, mantendo-o razoavelmente próximo do Sol médio, usando a proporção adotada. A proporção será boa por décadas para fins civis, e refinamentos posteriores para mantê-la razoavelmente próxima do Sol médio, mantendo a continuidade, serão muito mais fáceis de fazer.
Outra maneira de imaginar o problema é: digamos que você morava em um barco (Terra) e precisava de medições muito precisas dos objetos ao seu redor no barco e no mar, digamos peixes, baleias, etc. (satélites e planetas). Você vê várias coisas ao seu redor: as luzes de outros barcos, as luzes em uma costa distante. Você prefere alinhar-se na luz ofuscante e dançante de outro barco (Sol) ou em uma luz muito mais estável e menor na costa distante (quasares), para determinar a orientação do seu barco? Usar outro barco em movimento como referência para sistemas de coordenadas complicaria as coisas e introduziria erros de medição enquanto você tenta posicionar outros objetos em relação a ele. Usar a costa distante, no entanto, tornaria sua referência muito mais estável e precisa,
Para resumir, agora temos dois sistemas de referência principais: ITRS (crosta terrestre) e ICRS (estrelas distantes), e um link entre eles (ERA e movimento polar) o mais preciso possível. Mantemos o UT1 perto o suficiente do Sol para todos os fins civis, enquanto o definimos com uma fórmula muito simples e direta relacionada ao ERA para fins de precisão, simplicidade e continuidade.
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Não, desde que foi chamado Tempo Universal e calculado com expressões acordadas internacionalmente, ele acompanhou exatamente o Tempo Solar Médio, mas está muito próximo.
Seago e Seidelmann fizeram várias simulações de quando o sol médio está acima do meridiano zero e publicaram seu resultado como parte da reunião da Sociedade Astronáutica Americana Advances in the Astronautical Sciences 148: 1789-1807 (a reunião foi na AAS / AIAA Spaceflight Mechanics Meeting em fevereiro. 10-14, 2013, Kauai, HI, como visto em http://www.univelt.com/book=4186 e o documento era AAS 13-486). Este artigo está disponível online em http://www.agi.com/resources/white-papers/the-mean-solar-time-origin-of-universal-time-and-u
Seago e Seidelmann descobriram que, devido às suposições que Simon Newcomb fez ao construir seu quadro de referência, UT e MST divergem em uma quantidade crescente que é aproximadamente igual a 0,002738 ∆T
Em 1896, em uma reunião da Conférence Internationale des Étoiles Fondamentales, em Paris, os diretores dos principais observatórios concordaram que as expressões de Newcomb em Tables of the Sun (Documentos Astronômicos do American Ephemeris, Vol. 6) e em outras publicações do USNO deveriam ser adotadas por todas as autoridades nacionais. efemérides a partir de 1900, e continuaram sendo usadas até a implantação do sistema IAU 1976 em 1984. As expressões de Newcomb estão na página 9 desse volume. Eles foram usados como a definição de Tempo Universal e, como observado em outras respostas, todas as modificações subsequentes na definição de UT1 mantiveram a continuidade em valor e taxa na data da mudança. A expressão de Newcomb para Ascensão Reta do sol médio fictício (dado como τ) é a mesma da equação 5 em Seago e Seidelmann.
Desconhecido por Seago e Seidelmann quando eles escreveram esse artigo em 2013, esse desvio já havia sido entendido no início do Ephemeris Time e documentado por DH Sadler em sua monografia de 1954 em Ocasiões do RAS, 3, p. 103, transcrita em https : //www.ucolick.org/~sla/leapsecs/twokindsoftime.html O número que Sadler obteve foi de 0,00273 ΔT
Observe que 1,00273 é a proporção de dias solares e sideral médios, e o entendimento de Sadler estava enraizado em sua participação na reunião do CNRS de 1950 na Constantes Fondamentales de l'Astronomie, realizada no Observatório de Paris, onde a GM Clemence propôs o Ephemeris Time em concordância com o astrônomo Royal Sir H. Spencer Jones, que havia documentado a rotação não uniforme da Terra em 1939 ( http://adsabs.harvard.edu/abs/1939MNRAS..99..541S ).
Então, sim, à medida que a rotação da Terra diminui a diferença entre UT = 12: 00 e o sol médio em Greenwich se desvia, mas muito lentamente.
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