¡Feliz año nuevo 2019! ... pero ¿qué es exactamente un 'año'?

Feliz Ano Nuevo 2019 Pero Que Es Exactamente Un Ano

[Nota: Otro circuito alrededor del Sol, otra publicación: el artículo de abajo es una versión actualizada de uno que publiqué el 1 de enero semi-aleatorio, porque si la Tierra puede reutilizar la misma órbita todos los años, entonces puedo reutilizar esto. Tenga en cuenta que la influencia de la gravedad de los otros planetas cambia sutilmente la órbita de la Tierra con el tiempo, por lo que cada órbita es ligeramente diferente a la anterior. Por lo tanto, también siento que puedo pinchar y pinchar una o dos palabras extrañas aquí en este artículo, alterando su curso un poco incluso mientras la trayectoria general sigue siendo la misma. ¡Aprende una lección del Universo! Esa es una resolución de Año Nuevo bastante buena.]


¡Hurra! ¡Es un año nuevo!



Pero, ¿qué significa eso exactamente?

El año, por supuesto, es el tiempo que tarda la Tierra en dar la vuelta al Sol, ¿verdad? Bueno no exactamente. Depende de lo que quiera decir con 'año' y de cómo lo mida. Esto requiere un poco de explicación, por lo que si no está padeciendo una resaca de 2018 demasiado grande (ya sea inducida por el alcohol o por, ya sabes), comience su 2019 con las mejores cosas de la vida: astronomía y matemáticas.

Da vueltas y vueltas

Echemos un vistazo a la Tierra desde la distancia. Desde nuestro punto imaginario en el espacio, muy por encima del plano orbital de la Tierra, miramos hacia abajo y vemos nuestro hermoso planeta y el Sol. La Tierra se mueve, orbitando alrededor del Sol. Por supuesto que lo es, piensas para ti mismo (a menos que seas un Geocentrista , en cuyo caso todo esto todavía funciona, solo al revés ... y un consejo gratuito: probablemente también debería abrir su mente a otros marcos de referencia). Pero como tu la medida ¿ese? Para que algo se mueva, tiene que moverse en relación con otra cosa. ¿Qué podemos usar como criterio para medir el movimiento de la Tierra?

Bueno, podemos notar mientras flotamos en el espacio que estamos rodeados de miles de millones de estrellas bonitas. ¡Podemos usarlos! Entonces marcamos la posición de la Tierra y el Sol usando las estrellas como puntos de referencia, y luego miramos y esperamos. Algún tiempo después, la Tierra se ha movido en un gran círculo (OK, elipse, pero están bastante cerca en este caso) y está de regreso donde comenzó en referencia a esas estrellas. Eso se llama un 'año sideral' ( coherente es la palabra latina para estrella). Entonces, ¿cuánto tiempo tomó eso?

Digamos que usamos un cronómetro para medir el tiempo transcurrido. Descubrirás que a la Tierra le tomó 31,558,149 segundos (a algunas personas (¡yo!) Les gusta aproximar eso como π x 10 millones = 31,415,926 segundos, que es una manera fácil de estar bastante cerca, mejor que un medio por ciento de precisión. ). Sin embargo, esa es una cantidad inconveniente de segundos. Creo que todos preferiríamos usar días en su lugar. Entonces cuantos dias ¿es eso?

Mmmmmm, pi. Ahora solo necesitamos 9,999,998 más. Crédito: AmitP en FlickrAcercarse

Mmmmmm, pi. Ahora solo necesitamos 9,999,998 más. Si quieres segundos. Crédito: AmitP en Flickr

Bueno, esa es una segunda complicación. Un 'día' es el tiempo que tarda la Tierra en rotar una vez, pero volvemos a ese problema de medición. Pero bueno, usamos las estrellas una vez, ¡así que hagámoslo de nuevo! Te paras en la Tierra y defines un día como el tiempo que tarda una estrella en pasar directamente de arriba a directamente arriba de nuevo: un día sideral. Eso toma 23 horas 56 minutos 4 segundos = 86,164 segundos. Pero espera un segundo (sideral), ¿no debería ser eso? exactamente igual a 24 horas? ¿Qué pasó con esos 3 minutos y 56 segundos?

Tenía miedo de que me preguntaras eso. Pero esto resulta importante.

Es porque el día de 24 horas se basa en el movimiento del Sol en el cielo y no en las estrellas. Durante el transcurso de ese día de casi 24 horas, pero no del todo, la Tierra estaba ocupada orbitando alrededor del Sol, por lo que se movió un poco alrededor de su órbita (alrededor de un grado: 360 ° / 365 (más o menos) días es de aproximadamente 1 ° por día). Si mide el tiempo que tarda el Sol en dar la vuelta al cielo una vez, un día solar, ese tarda 24 horas o 86.400 segundos. Es más largo que un día sideral porque la Tierra se ha movido un poco alrededor del Sol durante ese día, y la Tierra tarda unos minutos más en girar un poco más para 'alcanzar' la posición del Sol en el cielo.

Un día sideral (el tiempo que tarda la Tierra en rotar una vez) se mide utilizando estrellas, pero a medida que la Tierra orbita alrededor del Sol, tiene que girar un poco más para completar un día solar. Crédito: Nick Strobel, de sus notas de astronomía

Un día sideral (el tiempo que tarda la Tierra en rotar una vez) se mide utilizando estrellas, pero a medida que la Tierra orbita alrededor del Sol, tiene que girar un poco más para completar un día solar. Crédito: Nick Strobel, de sus notas de astronomía

Un diagrama de Notas de astronomía del sitio fino de Nick Strobel (arriba) ayuda a explicar esto. ¿Ves cómo la Tierra tiene que girar un poco más para que el Sol esté en la misma parte del cielo? Esos 3 minutos y 56 segundos adicionales son la diferencia entre un día solar y un día sideral.

Bien, tenemos un año sideral de 31,558,149 segundos. Si dividimos eso por 86,164 segundos / día sideral, obtenemos 366,256 días por año.

Oye, espera, eso no suena bien. Siempre has leído que son 36 5 .25 días al año, ¿verdad? Bueno, ese primer número, 366.256, es un año en sideral dias. En solar días, divide los segundos en un año por 86,400 segundos en un día solar para obtener 365,256 días en un año.

¡Uf! Ese número suena bien. Pero en serio, ambas cosas los números son correctos. Solo depende de la unidad que uses. Es como decir que algo mide 1 pulgada de largo y también 2,54 centímetros de largo. Ambos son correctos.

¡Pero espera! ¡Te mentí!

Así un poco. Ese 365.25 el número no es, um, realmente correcto. Es una trampa. Ese es el número que obtiene usando las 24 horas del día, pero esa es la duración de un promedio (o lo que los astrónomos llaman significar ) día solar. La Tierra orbita alrededor del Sol en una elipse, y cuando está más cerca del Sol se mueve más rápido y cuando está más lejos se mueve más lento. Eso cambia la rapidez con que el Sol parece moverse en el cielo, por lo que en realidad cada día solar tiene una duración ligeramente diferente. Es por eso que usamos un día solar medio, promediando todos los días solares ligeramente diferentes en el transcurso de un año. Esto es lo suficientemente difícil sin tener que definir 365 (y una fracción) de días solares individuales.

Crash Course Astronomy: 'Ciclos en el cielo'

El sol se levantó con cualquier otro nombre

¿Confundido todavía? Sí, lo entiendo. Es difícil aclarar todo esto. Aún así, volvamos al año: ese año que medimos fue un año sideral. Pero resulta esa no es la única forma de medir un año.

Podrías, por ejemplo, medirlo desde el momento exacto del equinoccio de marzo (también en el hemisferio norte, a veces llamado equinoccio de primavera, una época específica del año en la que, si estás parado en el ecuador de la Tierra, el Sol pasa directamente sobre tu cabeza) en un año hasta ese mismo momento equinoctal de marzo en el siguiente. Eso se llama un año tropical (que tiene 31,556,941 segundos de duración). Pero, ¿por qué diablos querrías usar eso? ¡Ah, por un problema interesante! Aquí hay una pista:

Cuando la peonza gira, su eje también hace un movimiento cíclico mucho más lento llamado precesión. La Tierra también hace esto, con el eje haciendo un ciclo cada 26.000 años. Crédito: LucasVB / wikipedia

Cuando la peonza gira, su eje también hace un movimiento cíclico mucho más lento llamado precesión. La Tierra también hace esto, con el eje haciendo un ciclo cada 26.000 años. Crédito: LucasVB / wikipedia

Un objeto giratorio como un giroscopio se tambaleará si aplica una fuerza fuera del eje sobre él (como la fricción con la superficie sobre la que se asienta). Este bamboleo cíclico se llama precesión ¡Y la Tierra también lo hace! En nuestro caso, la fuerza es la gravedad de la Luna y el Sol, que tiran de la Tierra. La precesión de la Tierra tarda unos 26.000 años en completar un ciclo, por lo que la dirección que apunta el eje de la Tierra en el espacio cambia lentamente con el tiempo. En este momento, el eje de la Tierra apunta bastante cerca de la estrella. estrella polar , pero en unos pocos cientos de años se alejará notablemente de Polaris.

Recuerda también que nuestras estaciones dependen de la inclinación de la Tierra . Debido a este lento bamboleo, el año tropical (de una temporada a otra) no coincide con precisión con el año sideral (utilizando estrellas). El año tropical es un poquito más corto, 21 minutos más o menos. Si no tuviéramos en cuenta esto, entonces todos los años las temporadas llegarían 21 minutos antes. Eso no parece mucho, ¡pero suma! Si no compensáramos, eventualmente tendríamos invierno en agosto y verano en diciembre. Eso está bien si estás en Australia, pero en el hemisferio norte esto causaría pánico, disturbios, comentarios sarcásticos en Twitter y quizás algo peor.

Entonces, ¿cómo se puede explicar esta diferencia y no dejar que el tiempo de las estaciones divague por todo el calendario? Fácil: Adoptas el año tropical como tu año estándar. ¡Hecho! Tienes que elegir alguna forma de medir un año, así que ¿por qué no la que mantiene las estaciones más o menos donde están ahora? Esto significa que los tiempos aparentes de la salida y puesta de las estrellas cambian con el tiempo, pero en realidad, los astrónomos son los únicos que se preocupan por eso y, para no engrandecerse demasiado, son un grupo inteligente. Saben compensar.

OK, entonces, ¿dónde estábamos? Oh, sí, nuestro año estándar (también llamado un año gregoriano ) es el año tropical, y se compone de 365,25 días solares medios (la mayor parte del tiempo, en realidad), cada uno de los cuales dura 86,400 segundos, más o menos como siempre te han enseñado. Y de esta manera, el equinoccio de marzo siempre ocurre alrededor del 21 de marzo de cada año.

Por supuesto, ocasionalmente tienes que modificar el calendario con días bisiestos (y, a veces, dejarlos fuera para que funcione aún mejor), pero ese es un tema para otra publicación.

Préstame tu año

Pero también hay otros 'años'. La Tierra orbita alrededor del Sol en una elipse, recuerda. Cuando está más cerca del sol, lo llamamos perihelio (el punto más lejano se llama afelio ). Si mide el año desde el perihelio hasta el perihelio (llamado anómalo año, un término antiguo utilizado para describir la forma de una órbita), ¡obtienes un número diferente! Esto se debe a que la orientación de la elipse orbital de la Tierra (piense en ella como la dirección en el espacio a lo largo del eje largo de la elipse) cambia debido a los tirones de gravedad de los otros planetas, lo que demora alrededor de 100,000 años para que la elipse gire una vez relativa. a las estrellas. Además, no es un efecto suave, ya que las posiciones de los planetas cambian, a veces tirando de nosotros con más fuerza, a veces no tanto. La duración media del año anómalo es 31.558.432 segundos o 365,26 días. Eso es aproximadamente 283 segundos (4 minutos 43 segundos) más que un año sideral.

Veamos, ¿qué más? Bueno, también hay un montón de años basados ​​en la Luna y la posición del Sol en relación con ella. Hay años ideales, usando matemáticas puras con entradas simplificadas (como un planeta sin masa sin otros planetas en el sistema solar que lo empujen). También hay el año juliano , que es un año idealmente definido de 365,25 días (esos serían los días solares de 86,400 segundos de duración). Los astrónomos realmente usan esto porque facilita el cálculo de los tiempos entre dos eventos separados por muchos años. Los usé en mi doctorado. investigación porque estaba viendo cómo un objeto se desvanecía durante varios años, y me hizo la vida mucho más fácil. La investigación de doctorado es tremendamente difícil, sorprendentemente, por lo que aprende a aprovechar cualquier ventaja que pueda encontrar.

¿Donde empezar?

Una cosa más. Tenemos todos estos años diferentes y decidimos adoptar el año tropical para nuestros calendarios, lo cual está muy bien. Pero aquí hay un problema: ¿Por dónde lo empezamos?

El 1 de enero es un día tan bueno como cualquier otro para decidir qué día elegir. Crédito: Phil Plait / Steve JobsAcercarse

El 1 de enero es un día tan bueno como cualquier otro para decidir qué día elegir. Crédito: Phil Plait / Steve Jobs

Después de todo, la órbita de la Tierra es una elipse sin comienzo ni fin. Simplemente sigue adelante. Pero hay son algunos puntos de la órbita que son especiales, y podríamos usarlos. Por ejemplo, como mencioné anteriormente, podríamos usar el perihelio, cuando la Tierra está más cerca del Sol, o tal vez el equinoccio de primavera. Esos son eventos físicos reales que tienen un significado y un tiempo bien definidos.

El problema, sin embargo, es que el año calendario no se ajusta bien a ellos. La fecha del perihelio cambia de año en año debido a varios factores (incluida, entre todas las cosas, la Luna y el hecho de que tenemos que agregar un día bisiesto aproximadamente cada cuatro años). En 2019 el perihelio está encendido 3 de enero a las 05:19 UTC, pero en 2020 será el 5 de enero a las 07:47 UTC. Lo mismo con el equinoccio: Puede variar del 19 de marzo al 21 de marzo. Eso hace que el uso de marcadores orbitales sea un estándar difícil.

Varios países utilizaron fechas diferentes para el comienzo del año. Algunos ya había usado el 1 de enero en el momento en que el calendario gregoriano (tropical) se decretó por primera vez en 1582, pero a otros les tomó tiempo pasar a esa fecha. Inglaterra no lo hizo hasta 1752, cuando pasó la Ley del Calendario . No es sorprendente que haya mucha influencia religiosa sobre cuándo comenzar el nuevo año; durante mucho tiempo, muchos países utilizaron el 25 de marzo como el comienzo del nuevo año, llamándolo Lady Day , basado en la fecha asumida cuando el arcángel Gabriel le dijo a María que ella sería la madre de Dios. Las fechas y tradiciones de varias festividades cristianas en realidad se basan en fechas festivas paganas más antiguas, por lo que el hecho de que supuestamente fue el 25 de marzo, tan cerca de la fecha del equinoccio que celebraban los paganos, me hace sospechar.

De todos modos, al final, la fecha para comenzar el nuevo año es una elección arbitraria, y el 1 de enero es un día tan bueno como cualquier otro (aunque está tan cerca del perihelio tiene efectos extraños en la duración del día ). Y como efecto secundario feliz, ayuda a establecer la regla de los nudillos .

Resolviendo el año nuevo

Ahí vas. Como de costumbre, los astrónomos han tomado un concepto simple como 'años' y lo han convertido en una horrible pesadilla de nerderismo y matemáticas. Pero en realidad, no es como si hubiéramos inventado todo esto. La culpa literalmente está en las estrellas y no en nosotros mismos.

Mi año nuevoAcercarse

Mi resolución de Año Nuevo es un poco baja. Crédito: Drew Saunders

Por cierto, después de toda esta charla sobre duraciones y longitudes, es posible que sienta curiosidad por saber cuándo la Tierra alcanza el perihelio o cuándo ocurre el momento exacto del equinoccio de primavera. Si es así, echa un vistazo el Observatorio Naval de EE. UU. y el Hora y fecha sitios web. Tienen toneladas de detalles sangrientos sobre estas cosas.

Y, finalmente, tengo que añadir un poco más de friki, porque me encanta la astronomía y las matemáticas. y palabras. Mientras investigaba todo esto originalmente, ¡aprendí una nueva palabra! Es nychthemeron , que es el ciclo completo del día y la noche. Tú y yo, en general, llamaríamos a esto un 'día'. Este sería un gran nombre de superhéroe, aunque se me escapa su poder. Probablemente procrastinación.

Hmmmm, ¿hay algo más que decir aquí? Veamos ... (contando con los dedos) ... años, días, segundos, sí, los tengo. (Murmurando.) Nychthemeron, sí, gregoriano, tropical, precesión, anómalo ...

¡Oh espera! Sé algo que olvidé decir:

¡Feliz año nuevo!