Come può un giorno durare esattamente 24 ore? [chiuso]

Non puoi “calcolare la lunghezza di un giorno solare medio semplicemente prendendo la media del & giorni solari apparenti più lunghi. Funzionerebbe se le lunghezze apparenti del giorno cambiassero in modo lineare semplice, ma non è così.

Dallarticolo di Wikipedia sul Equazione del tempo ,

Lequazione del tempo descrive la discrepanza tra due tipi di tempo solare. [.. .] I due tempi che differiscono sono il tempo solare apparente, che segue direttamente il moto diurno del Sole, e il tempo solare medio, che segue un Sole medio teorico con moto uniforme.

Questo grafico mostra le differenze cumulative tra la media & ora solare apparente:

Lequazione del tempo – sopra lasse una meridiana apparirà veloce rispetto a un orologio che mostra lora media locale e sotto lasse una meridiana apparirà lenta.

Per calcolare correttamente la lunghezza media del giorno solare, devi integrare le lunghezze apparenti del giorno durante lintero anno . (E devi decidere esattamente come definire la durata dellanno, che è una storia complessa a sé stante).

Ci sono due cause principali dellequazione del tempo.
1. Lobliquità del piano dellorbita terrestre (il piano delleclittica), che è inclinata di circa 23 ° rispetto al piano equatoriale. Questa inclinazione è anche responsabile delle stagioni.
2. Leccentricità dellorbita terrestre, che fa variare la velocità orbitale della Terra nel corso dellanno. Il grafico seguente mostra come queste due componenti si combinano per creare lequazione del tempo.

Equazione del tempo (linea continua rossa) e le sue due componenti principali tracciate separatamente, la parte dovuta allobliquità delleclittica (linea malva tratteggiata ) e la parte dovuta alla velocità apparente variabile del Sole lungo leclittica dovuta a eccentricità dellorbita della Terra (trattino blu scuro & linea a punti)

Vedi Wikipedia collegata articolo per ulteriori dettagli.

Commenti

• E poi, di tanto in tanto, abbiamo bisogno di secondi intercalari .
• @ Draco18s Indeed! Il cronometraggio accurato è un & attività sottile e complessa. Vedi leapsecond.com , che ho anche collegato nel mio commento sulla domanda.
• It ' Vale la pena notare che in termini di lunghezza effettiva di un giorno (sopra o sotto le 24 ore), la linea viola in quel diagramma fornisce un contributo sostanzialmente maggiore della linea scura, più di quanto questo diagramma suggerirebbe. Il motivo è che la lunghezza di un giorno è effettivamente la derivata temporale dellequazione del tempo; e la linea color malva è piuttosto più ripida della linea scura (oltre ad avere unampiezza leggermente maggiore).
• @DawoodibnKareem – Non ' chiamare ~ 20 % più piccolo significativamente meno.Li chiamerei quasi della stessa grandezza. Ciò che ' è più importante è la differenza di fase. I due contributori di curve sono più vicini allessere in fase luno con laltro allinizio di novembre che a fine febbraio.
• @DavidHammen Non sei riuscito a capire il mio commento. ' non è la grandezza che influisce sulla lunghezza del giorno, è ' è la pendenza. La linea malva ha metà del periodo della linea scura, quindi se dovessi tracciare la sua pendenza, ' scopriresti che fornisce più del doppio del contributo della linea scura.

Il valore medio di una distribuzione non è la media del suo minimo e massimo. Ad esempio, il valore medio di (0,0,0,4) è 1, non 2. Leccentricità dellorbita della Terra non è 0, né quella della Luna, quindi la tua distribuzione della durata del giorno è probabilmente leggermente asimmetrica, quindi la discrepanza di 4 secondi. Somma la durata di tutto il giorno di un anno, dividi per il numero di giorni, otterrai un valore migliore.

Il la definizione originale di unora era 1/24 di un giorno, non importa quanto fosse lunga la giornata in quel momento. Le durate che stai citando sono possibili solo con laiuto di definizioni estremamente moderne rese possibili ridefinendo il secondo (mantenendo il minuto e lora fissati rispettivamente a 60 secondi e 3600 secondi).

Commenti

• Non ' non sono daccordo, ma hai 1) una data in cui è diventata la definizione ufficiale di unora e 2 ) quando è stato convenzionalmente stabilito di utilizzare 1/24 e non 1/10 o 1/20 di un giorno? ' ho letto fonti non documentate che menzionano storicamente la luce del giorno divisa in decimi prima dei dodicesimi.
• Maggiori dettagli in en.wikipedia.org/wiki/Hour
• Il giorno solare medio è 86400,0025 secondi , quindi, sebbene il motivo in questa risposta abbia qualche effetto, rappresenta solo 2,5 ms della discrepanza di 4 secondi nella domanda.

La definizione di 24 ore (esattamente) di il giorno solare medio si applica solo se si utilizza la scala temporale UT1. Come altri hanno già detto, il giorno solare medio non è la media del giorno solare apparente più breve e più lungo e devi considerare lequazione del tempo per calcolare il giorno solare medio calcolando la media di tutti i giorni solari apparenti in un anno.

Se si utilizza la definizione di un secondo basata sul sistema metrico, che viene utilizzato dalle scale temporali del tempo atomico (TAI), UTC e del tempo terrestre (TT), la lunghezza del giorno solare medio non è esattamente 24 ore. La definizione del secondo SI, oltre ad essere una scala atomica, si basa sul giorno solare medio nel 1900 come determinato da Newcomb (in realtà corrisponde al giorno solare medio intorno alla metà del XIX secolo), quando la rotazione della Terra era più veloce di oggi. Oggi il giorno solare medio è leggermente più lungo rispetto al passato (se misurato da un orologio atomico) e la lunghezza del giorno solare medio in secondi TAI è maggiore che in UT1. Per correggere la differenza, salta i secondi vengono introdotti 0-2 volte allanno nella scala temporale UTC basata sulle osservazioni della rotazione terrestre, per mantenere UTC sincronizzato con UT1 a meno di 0,9 s. Queste correzioni sono pubblicate in anticipo da IERS nel Bollettino C.Sono stati inseriti 27 secondi intercalari negli ultimi 46 anni, che equivalgono a circa 0,6 s allanno di differenza tra la lunghezza del giorno solare medio tra TAI e UT1, o circa 1,6 ms al giorno (vedi Figure 1 e 2).

La lunghezza del secondo SI dipende dalla posizione e TAI si basa sulle osservazioni fatte da orologi atomici in vari laboratori in tutto il mondo (“UTC (k ) “) e corretto per il geopotenziale sul livello del mare. TT è una lunghezza teorica del secondo SI sul geoide, e come tale non è mai conosciuta perfettamente. Lapprossimazione del TT passato è rivista annualmente dal BIPM. Al contrario, TAI e UTC sono determinati e mantenuti fissi dopo circa 1 mese dal fatto (pubblicati regolarmente nella Circolare-T da BIPM). Le scale temporali UTC (k) specifiche del laboratorio e lora GPS (basata sullorologio principale dellosservatorio navale degli Stati Uniti) sono note in tempo reale. Altre scale temporali includono il tempo geocentrico, il tempo baricentrico e il tempo delle effemeridi. La lunghezza di 1 s è leggermente diversa tra tutte, alcune delle differenze sono dovute al tempo che passa in modo diverso in base alla posizione nel potenziale gravitazionale. Ad esempio, il tempo scorre più velocemente nel sistema solare che sulla superficie terrestre di circa 0,5 secondi allanno.

Storicamente, il tempo misurato dalla rotazione della Terra era il più preciso e la media solare giorno è stato ipotizzato costante pari a 86400 s, il che è cambiato con lintroduzione del tempo delle effemeridi, successivamente sostituito dallorologio al quarzo e dallorologio atomico, che hanno portato alla ridefinizione del secondo.Devieranno ulteriormente con il rallentamento della rotazione della Terra.

Riferimenti:

• Urban and Seidelmann (2012): Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac
• McCarthy e Seidelmann (2018): Time: From Earth Rotation to Atomic Physics
• BIPM time pubblicazioni: https://www.bipm.org/en/bipm/tai/publications.html
• IERS Bulletins: https://www.iers.org/IERS/EN/Publications/Bulletins/bulletins.html
• USNO – Lequazione del tempo: https://aa.usno.navy.mil/faq/docs/eqtime.php

Figura 1. Eccesso a 86400 s della durata dei giorni, soluzione GPS combinata, 1995-1997 . Da https://www.iers.org/IERS/EN/Science/EarthRotation/LODgps.html

Figura 2. TAI-UT1 e TAI-UTC. Da McCarthy e Seidelmann (2018).

Commenti

• Grazie per aver menzionato Terrestrial Time , ecc. ' non volevo abbassare la scala temporale nella mia risposta (anche se ho fornito un collegamento ad articoli su questi argomenti in un paio di commenti ), ma immagino che ' sia utile dare alle persone una breve panoramica di questo materiale. 😉
• I secondi intercalari non hanno assolutamente nulla a che fare con lerrore di 4 secondi dellOP ' nel tentativo di calcolare la lunghezza del giorno solare medio . Le informazioni in questa risposta sono tutte vere, ma tutte completamente estranee alla domanda.
• @DawoodibnKareem Penso che sia correlata perché la risposta alla domanda su quanto tempo è il giorno solare medio non è " 24 ore 0 min 0 secondi esattamente " – non quando utilizzi la definizione convenzionale di 1 s. Le altre risposte non lo spiegano (ma rispondono al punto principale, che è la media sbagliata).