Como um dia pode ter exatamente 24 horas de duração? [fechado]

Você não pode “t calcular a duração de um dia solar médio apenas tomando a média do mais curto & dias solares aparentes mais longos. Isso funcionaria se as durações aparentes dos dias variassem de forma linear simples, mas esse não é o caso.

Do artigo da Wikipedia sobre Equação do tempo ,

A equação do tempo descreve a discrepância entre dois tipos de tempo solar. [.. .] Os dois tempos que diferem são o tempo solar aparente, que rastreia diretamente o movimento diurno do Sol, e o tempo solar médio, que rastreia um Sol médio teórico com movimento uniforme.

Este gráfico mostra as diferenças cumulativas entre a média & tempo solar aparente:

A equação do tempo – acima do eixo, um relógio de sol aparecerá rapidamente em relação a um relógio mostrando a hora média local , e abaixo do eixo, um relógio de sol parecerá lento.

Para calcular corretamente a duração média do dia solar, você precisa integrar as durações aparentes dos dias ao longo de todo o ano . (E você precisa decidir exatamente como definir a duração do ano, o que é uma história complicada por si só).

Existem duas causas principais para a Equação do Tempo.
1. A obliquidade do plano da órbita da Terra (o plano da eclíptica), que é inclinado aproximadamente 23 ° em relação ao plano equatorial. Essa inclinação também é responsável pelas estações.
2. A excentricidade da órbita da Terra, que faz com que a velocidade orbital da Terra varie ao longo do ano. O gráfico a seguir mostra como esses dois componentes se combinam para criar a Equação do Tempo.

Equação do tempo (linha contínua vermelha) e seus dois componentes principais plotados separadamente, a parte devido à obliquidade da eclíptica (linha tracejada malva ) e a parte devido à variação da velocidade aparente do Sol ao longo da eclíptica devido a excentricidade da órbita da Terra (traço azul escuro & linha pontilhada)

Por favor, consulte a Wikipedia vinculada para obter mais detalhes.

Comentários

• E, então, de vez em quando, precisamos de segundos bissextos .
• @ Draco18s De fato! A cronometragem precisa é um negócio & sutil complexo. Consulte leapsecond.com , que também incluí no link em meu comentário sobre a pergunta.
• Ele ' s é importante notar que, em termos da duração real de um dia (acima ou abaixo de 24 horas), a linha malva naquele diagrama dá uma contribuição substancialmente maior do que a linha escura – mais do que este diagrama sugere. A razão é que a duração de um dia é efetivamente a derivada do tempo da equação do tempo; e a linha lilás é mais íngreme do que a linha escura (além de ter uma amplitude um pouco maior).
• @DawoodibnKareem – Eu não ' chamaria ~ 20 % menor significativamente menos.Eu os chamaria de quase a mesma magnitude. O que ' s mais importante é a diferença de fase. Os contribuidores das duas curvas estão mais perto de estar em fase um com o outro no início de novembro do que no final de fevereiro.
• @DavidHammen Você não entendeu meu comentário. Não é ' a magnitude que afeta a duração do dia, é ' a inclinação. A linha lilás tem metade do período da linha escura, então se você traçar sua inclinação, ' d descobrirá que ela dá mais do que o dobro da contribuição da linha escura.

O valor médio de uma distribuição não é a média de seu mínimo e máximo. Por exemplo, o valor médio de (0,0,0,4) é 1, não 2. A excentricidade da órbita da Terra não é 0, nem a da Lua, então sua distribuição da duração do dia é provavelmente ligeiramente assimétrica, portanto a discrepância de 4 segundos. Some todos os dias de duração de um ano, divida pelo número de dias, você obterá um valor melhor.

O a definição original de hora era 1/24 de um dia, independentemente da duração do dia na hora. As durações que você está citando só são possíveis com a ajuda de definições extremamente modernas, possibilitadas pela redefinição do segundo (mantendo o minuto e a hora fixos em 60 segundos e 3600 segundos, respectivamente).

Comentários

• Eu não ' não discordo, mas você tem 1) uma data em que se tornou a definição oficial de hora e 2 ) quando foi convencionalmente determinado usar 1/24 e não 1/10 ou 1/20 de um dia? Eu ' li fontes não documentadas que mencionam que a luz do dia está dividida em décimos historicamente antes dos duodécimos.
• Mais detalhes em en.wikipedia.org/wiki/Hour
• O dia solar médio é 86400,0025 segundos , então, embora o motivo nesta resposta tenha algum efeito, ele representa apenas 2,5 ms da discrepância de 4 segundos na pergunta.

A definição de 24 horas (exatamente) de o dia solar médio só se aplica se você usar a escala de tempo UT1. Como outros mencionaram, o dia solar médio não é a média do dia solar aparente mais curto e mais longo, e você deve considerar a Equação do Tempo para calcular o dia solar médio pela média de todos os dias solares aparentes em um ano.

Se você usar a definição de um segundo com base no sistema métrico, que é usado pelas escalas de tempo atômico (TAI), UTC e tempo terrestre (TT), a duração do dia solar médio não é exatamente 24 horas. A definição do segundo SI, além de ser uma escala atômica, é baseada no dia solar médio em 1900 conforme determinado por Newcomb (na realidade ele corresponde ao dia solar médio em meados do século 19), quando a rotação da Terra foi mais rápido do que hoje. Hoje, o dia solar médio é ligeiramente mais longo do que no passado (quando medido por um relógio atômico), e a duração do dia solar médio em segundos TAI é maior do que em UT1. Para corrigir a diferença, pule os segundos são introduzidos 0-2 vezes por ano na escala de tempo UTC com base nas observações da rotação da Terra, para manter o UTC em sincronia com o UT1 por menos de 0,9 s. Essas correções são publicadas com antecedência pelo IERS no Boletim C. Houve 27 segundos bissextos inseridos nos últimos 46 anos, o que equivale a cerca de 0,6 s por ano de diferença entre a duração do dia solar médio entre TAI e UT1, ou cerca de 1,6 ms por dia (ver Figura 1 e 2).

O comprimento do segundo SI depende da localização, e TAI é baseado em observações feitas por relógios atômicos em vários laboratórios ao redor do mundo (“UTC (k ) “) e corrigido para o geopotencial no nível do mar. TT é um comprimento teórico do segundo SI no geóide e, como tal, nunca é conhecido perfeitamente. A aproximação do TT anterior é revisada anualmente pelo BIPM. Em contraste, TAI e UTC são determinados e mantidos fixos após cerca de 1 mês após o fato (publicado regularmente na Circular-T pelo BIPM). As escalas de tempo UTC (k) específicas do laboratório e a hora do GPS (com base no US Naval Observatory Master Clock) são conhecidas em tempo real. Outras escalas de tempo incluem o tempo geocêntrico, o tempo baricêntrico e o tempo das efemérides. O comprimento de 1 s é ligeiramente diferente entre todos eles, algumas das diferenças são devido à passagem do tempo de forma diferente com base na localização no potencial de gravitação. Por exemplo, o tempo passa mais rápido no sistema solar do que na superfície da Terra em cerca de 0,5 segundo por ano.

Historicamente, o tempo medido pela rotação da Terra era o mais preciso, e a média solar o dia foi considerado constante igual a 86400 s. Isso mudou com a introdução da hora das efemérides, mais tarde substituída pelo relógio de quartzo e pelo relógio atômico, que levou à redefinição do segundo.Eles se desviarão ainda mais conforme a rotação da Terra diminui.

Referências:

• Urban e Seidelmann (2012): Suplemento explicativo do Almanaque Astronômico
• McCarthy e Seidelmann (2018): Tempo: da rotação da Terra à física atômica
• Tempo BIPM publicações: https://www.bipm.org/en/bipm/tai/publications.html
• Boletins IERS: https://www.iers.org/IERS/EN/Publications/Bulletins/bulletins.html
• USNO – A Equação do Tempo: https://aa.usno.navy.mil/faq/docs/eqtime.php

Figura 1. Excesso de 86400s da duração dos dias, solução combinada de GPS, 1995-1997 . De https://www.iers.org/IERS/EN/Science/EarthRotation/LODgps.html

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

Comentários

• Obrigado por mencionar Tempo Terrestre , etc. Eu não ' queria descer as escalas de tempo em minha resposta (embora eu tenha fornecido um link para artigos sobre esses tópicos em alguns comentários ), mas acho que ' é bom dar às pessoas um breve vislumbre deste material. 😉
• Os segundos bissextos não têm absolutamente nada a ver com o erro OP ' s de 4 segundos em sua tentativa de calcular a duração do dia solar médio . As informações nesta resposta são todas verdadeiras, mas todas completamente alheias à pergunta.
• @DawoodibnKareem Acho que está relacionado porque a resposta à questão de quanto tempo é o dia solar médio não é " 24 horas 0min 0 segundos exatamente " – não quando você usa a definição convencional de 1 s. As outras respostas não explicam isso (mas respondem ao ponto principal, que é a média errada).