Tempo sideral - Sidereal time

Um dos dois relógios de ângulo sideral mais conhecidos no mundo, feito por John Arnold & Son. Anteriormente, era propriedade de Sir George Shuckburgh-Evelyn . Ele está em exibição no Royal Observatory, Greenwich , Londres.

Tempo sidéreo ( / s d ɪər i əl / sy- CERVOS -ee-əl ) é uma cronometragem sistema que astrônomos utilizar para localizar objectos celestes . Usando o tempo sideral, é possível apontar facilmente um telescópio para as coordenadas adequadas no céu noturno . Em suma, o tempo sideral é uma "escala de tempo que se baseia na taxa de rotação da Terra medida em relação às estrelas fixas ".

Visto do mesmo local , uma estrela vista em uma posição no céu será vista na mesma posição em outra noite no mesmo horário sideral. Isso é semelhante a como o tempo registrado por um relógio de sol pode ser usado para encontrar a localização do Sol . Assim como o Sol e a Lua parecem nascer no leste e se pôr no oeste devido à rotação da Terra, o mesmo ocorre com as estrelas. Tanto o tempo solar quanto o sideral fazem uso da regularidade da rotação da Terra em torno de seu eixo polar: o tempo solar segue o Sol, enquanto, grosso modo, o tempo sideral segue as estrelas fixas distantes na esfera celestial.

Mais exatamente, o tempo sideral é o ângulo, medido ao longo do equador celeste , do meridiano do observador ao grande círculo que passa pelo equinócio de março e ambos os pólos celestes , e geralmente é expresso em horas, minutos e segundos. O tempo comum em um relógio típico mede um ciclo ligeiramente mais longo, responsável não apenas pela rotação axial da Terra, mas também pela órbita da Terra em torno do sol.

Um dia sideral é de aproximadamente 86164,0905 segundos (23 h 56 min 4,0905 s ou 23,9344696 h).

( Segundos aqui seguem a definição do SI e não devem ser confundidos com efemérides em segundo lugar .)

O próprio equinócio de março precessa lentamente para o oeste em relação às estrelas fixas, completando uma revolução em cerca de 25.800 anos, então o dia sideral erroneamente denominado ("sideral" é derivado do latim sidus que significa "estrela") é 0,0084 segundos mais curto que o dia estelar , Período de rotação da Terra em relação às estrelas fixas. O período sideral "verdadeiro" ligeiramente mais longo é medido como o Ângulo de Rotação da Terra (ERA), anteriormente o ângulo estelar. Um aumento de 360 ​​° na ERA é uma rotação completa da Terra.

Como a Terra orbita o Sol uma vez por ano, o tempo sideral em qualquer lugar e hora vai ganhar cerca de quatro minutos em relação ao tempo civil local , a cada 24 horas, até que, após um ano, um "dia" sideral adicional tenha decorrido em comparação com o número de dias solares que já passaram.

Comparação com o tempo solar

Tempo sideral vs tempo solar. Acima à esquerda : uma estrela distante (a pequena estrela laranja) e o Sol estão no ponto culminante , no meridiano local m . Centro : apenas a estrela distante está no ponto culminante (um dia sideral médio ). À direita : alguns minutos depois, o Sol está no meridiano local novamente. Um dia solar está completo.

O tempo solar é medido pelo movimento diurno aparente do Sol, e o meio-dia local no tempo solar aparente é o momento em que o Sol está exatamente ao sul ou ao norte (dependendo da latitude do observador e da estação). Um dia solar médio (o que normalmente medimos como um "dia") é o tempo médio entre o meio-dia solar local ("média", uma vez que varia ligeiramente ao longo do ano).

A Terra faz uma rotação em torno de seu eixo em um dia sideral; durante esse tempo, ele se move uma curta distância (cerca de 1 °) ao longo de sua órbita ao redor do sol. Portanto, após um dia sideral, a Terra ainda precisa girar um pouco mais antes que o Sol alcance o meio-dia local, de acordo com a hora solar. Um dia solar médio é, portanto, quase 4 minutos a mais do que um dia sideral.

As estrelas estão tão distantes que o movimento da Terra ao longo de sua órbita quase não faz diferença em sua direção aparente (veja, entretanto, paralaxe ), e assim elas retornam ao seu ponto mais alto em um dia sideral.

Outra maneira de ver essa diferença é notar que, em relação às estrelas, o Sol parece se mover ao redor da Terra uma vez por ano. Portanto, há um dia solar a menos por ano do que dias siderais. Isso torna um dia sideral aproximadamente365,24/366,24 vezes a duração do dia solar de 24 horas, dando aproximadamente 23 h 56 min 4,1 s (86,164,1 s).

Efeitos de precessão

A rotação da Terra não é uma simples rotação em torno de um eixo que sempre permaneceria paralelo a si mesmo. O próprio eixo de rotação da Terra gira em torno de um segundo eixo, ortogonal à órbita da Terra, levando cerca de 25.800 anos para realizar uma rotação completa. Esse fenômeno é chamado de precessão dos equinócios . Por causa dessa precessão, as estrelas parecem se mover ao redor da Terra de uma maneira mais complicada do que uma simples rotação constante.

Por esse motivo, para simplificar a descrição da orientação da Terra na astronomia e geodésia , era convencional mapear as posições das estrelas no céu de acordo com ascensão reta e declinação , que são baseadas em um quadro que segue a precessão da Terra, e para manter rastreamento da rotação da Terra, através do tempo sideral, também em relação a este quadro. Neste referencial, a rotação da Terra é quase constante, mas as estrelas parecem girar lentamente com um período de cerca de 25.800 anos. É também neste quadro de referência que o ano tropical , o ano relacionado com as estações da Terra, representa uma órbita da Terra em torno do sol. A definição precisa de um dia sideral é o tempo gasto para uma rotação da Terra neste referencial de precessão.

Definições modernas

No passado, o tempo era medido pela observação de estrelas com instrumentos como tubos fotográficos do zênite e astrolábios Danjon , e a passagem das estrelas através de linhas definidas era cronometrada com o relógio do observatório. Então, usando a ascensão reta das estrelas de um catálogo de estrelas, o tempo em que a estrela deveria ter passado pelo meridiano do observatório foi calculado e uma correção para o tempo mantido pelo relógio do observatório foi computada. O tempo sideral foi definido de forma que o equinócio de março transitaria pelo meridiano do observatório às 0 horas, horário sideral local.

Começando na década de 1970, os métodos de radioastronomia de base de interferometria muito longa (VLBI) e cronometragem de pulsar ultrapassaram os instrumentos ópticos para a astrometria mais precisa . Isso levou à determinação de UT1 (tempo solar médio a 0 ° de longitude) usando VLBI, uma nova medida do ângulo de rotação da Terra e novas definições de tempo sideral. Estas alterações foram postas em prática em 1 de janeiro de 2003.

Ângulo de rotação da terra

O ângulo de rotação da Terra ( ERA ) mede a rotação da Terra a partir de uma origem no equador celestial, a Origem Celestial Intermediária (CIO), que não tem movimento instantâneo ao longo do equador; ela foi originalmente referida como origem não rotativa .

ERA, medido em radianos , está relacionado ao UT1 por um polinômio linear simples

onde t U = JD-J2000 é a data Juliana UT1 (JD) relativa à época J2000 (JD 2451545.0). O coeficiente linear representa a velocidade de rotação da Terra .

O ERA substitui o Horário Sideral Aparente de Greenwich (GAST). A origem no equador celestial para GAST, chamado de equinócio verdadeiro , se move, devido ao movimento do equador e da eclíptica. A falta de movimento da origem da ERA é considerada uma vantagem significativa.

O ERA pode ser convertido em outras unidades; por exemplo, o Almanaque astronômico para o ano de 2017 tabulou em graus, minutos e segundos.

Como exemplo, o Almanaque astronômico para o ano de 2017 deu a ERA às 0h 1 de janeiro de 2017 UT1 como 100 ° 37 ′ 12,4365 ″.

Variedades médias e aparentes

Foto da face do outro relógio de ângulo sideral sobrevivente no Observatório Real em Greenwich, Inglaterra, feita por Thomas Tompion . O mostrador foi ornamentado com o nome J Flamsteed , que era o Astrônomo Real , e a data de 1691.

Embora o objetivo do ERA seja substituir o tempo sideral, é necessário manter as definições para o tempo sideral durante a transição e ao trabalhar com dados e documentos mais antigos.

Da mesma forma que significa tempo solar, cada local na Terra tem seu próprio tempo sideral local (LST), dependendo da longitude do ponto. Como não é possível publicar tabelas para todas as longitudes, as tabelas astronômicas usam o tempo sideral de Greenwich (GST), que é o tempo sideral no meridiano de referência IERS , menos precisamente denominado meridiano de Greenwich, ou meridiano principal . Existem duas variedades, o tempo sideral médio se o equador médio e o equinócio de data forem usados, e o tempo sideral aparente se o equador aparente e o equinócio de data forem usados. O primeiro ignora o efeito da nutação astronômica, enquanto o último o inclui. Quando a escolha do local é combinada com a escolha de incluir nutação astronômica ou não, as siglas GMST, LMST, GAST e LAST resultam.

Os seguintes relacionamentos são válidos:

tempo sideral médio local = GMST + longitude leste
tempo sideral aparente local = GAST + longitude leste

As novas definições de Greenwich e hora sideral aparente (desde 2003, veja acima) são:

onde θ é o ângulo de rotação da Terra, E PREC é a precessão acumulada e E 0 é a equação das origens, que representa a precessão e nutação acumuladas. O cálculo de precessão e nutação foi descrito no Capítulo 6 de Urban & Seidelmann.

Como exemplo, o Almanaque astronômico para o ano de 2017 deu o ERA às 0h 1 de janeiro de 2017 UT1 como 100 ° 37 ′ 12,4365 ″. O GAST foi de 6 h 43 m 20,7109 s. Para o GMST, a hora e o minuto eram os mesmos, mas o segundo era 21,1060.

Relação entre o tempo solar e os intervalos de tempo siderais

Este relógio astronômico usa mostradores que mostram a hora sideral e a hora solar .

Se um determinado intervalo I for medido tanto no tempo solar médio (UT1) quanto no tempo sideral, o valor numérico será maior no tempo sideral do que no UT1, porque os dias siderais são menores que os dias UT1. A proporção é:

onde t representa o número de séculos julianos decorridos desde o meio-dia de 1º de janeiro de 2000, Hora Terrestre .

Dias siderais em comparação com dias solares em outros planetas

Dos oito planetas solares , todos, exceto Vênus e Urano, têm rotação progressiva - isto é, eles giram mais de uma vez por ano na mesma direção em que orbitam o Sol, então o Sol nasce no leste. Vênus e Urano, entretanto, apresentam rotação retrógrada . Para a rotação prógrada, a fórmula que relaciona as durações dos dias siderais e solares é:

número de dias siderais por período orbital = 1 + número de dias solares por período orbital

ou equivalente:

duração do dia solar = duração do dia sideral/1 - duração do dia sideral/período orbital.

Mas observe que, ao calcular a fórmula para uma rotação retrógrada, o operador do denominador será um sinal de mais. Porque a órbita estará indo na direção oposta ao redor do objeto.

Se um planeta gira progressivamente, e o dia sideral é exatamente igual ao período orbital, então a fórmula acima fornece um dia solar infinitamente longo ( divisão por zero ). É o caso de um planeta em rotação síncrona ; um hemisfério experimenta o dia eterno, o outro a noite eterna, com um "cinturão crepuscular" separando-os.

Todos os planetas solares mais distantes do Sol do que a Terra são semelhantes à Terra no sentido de que, uma vez que experimentam muitas rotações por revolução ao redor do Sol, há apenas uma pequena diferença entre a duração do dia sideral e do dia solar - o a proporção da primeira para a última nunca sendo menor que a proporção da Terra de 0,997. Mas a situação é bem diferente para Mercúrio e Vênus. O dia sideral de Mercúrio é cerca de dois terços de seu período orbital, então pela fórmula prógrada seu dia solar dura duas revoluções ao redor do Sol - três vezes mais que seu dia sideral. Vênus gira retrógrado com um dia sideral durando cerca de 243,0 dias terrestres, ou cerca de 1,08 vezes seu período orbital de 224,7 dias terrestres; portanto, pela fórmula retrógrada, seu dia solar é cerca de 116,8 dias terrestres e tem cerca de 1,9 dias solares por período orbital.

Por convenção, os períodos de rotação dos planetas são dados em termos siderais, a menos que especificado de outra forma.

Veja também

Notas

Citações

Referências

  • Almanaque astronômico para o ano de 2017 . Washington e Taunton: US Government Printing Office e The UK Hydrographic Office. 2016. ISBN 978-0-7077-41666.
  • Bakich, Michael E. (2000). The Cambridge Planetary Handbook . Cambridge University Press. ISBN 0-521-63280-3.
  • "Ângulo de rotação da Terra" . Serviço Internacional de Rotação Terrestre e Sistema de Referência . 2013 . Página visitada em 20 de março de 2018 .
  • Suplemento explicativo das efemérides . Londres: Escritório de Papelaria de Sua Majestade. 1961.
  • “Tempo e frequência de A a Z, S a So” . Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia.
  • Urban, Sean E .; Seidelmann, P. Kenneth, eds. (2013). Suplemento explicativo do Almanaque Astronômico (3ª ed.). Mill Valley, CA: University Science Books. ISBN 1-891389-85-8.

links externos