OGNI TANTO LA TERRA
CHIEDE DI AGGIUNGERE UN SECONDO ! Ivan Spelti (21-11-2016)
Un secondo in più è necessario per
uniformare il nostro tempo ufficiale alla rotazione terrestre
A fine anno 2016 abbiamo aggiunto
un secondo all’ultimo minuto per
uniformare il tempo astronomico alla rotazione terrestre. Ho già trattato
questo tema, ma lo riprendo dal momento che è una notizia insistente che
compare nel Web. E’ stata la ventiseiesima
volta che l’operazione è stata fatta, dal 1972.
Già il 30 giugno 2015 fu aggiunto
un secondo alle usuali 24 ore di una giornata. Si chiama “secondo intercalare” (inglese:
leap second) e nella notte tra il 30
giugno e il 1° luglio, i 350 orologi atomici del pianeta hanno permesso così la
sincronizzazione tra l’ora ufficiale (UTC – Universal Time Coordinated) e la
rotazione terrestre (il giorno solare medio), molto meno regolare nella misura
del tempo. L’aggiunta di un secondo dopo un certo numero di anni viene decisa
da un ente internazionale solo quando si ritiene necessaria e ad una data
precisa. Ne parliamo anche per cogliere l’occasione di saperne di più su questo nostro pianeta. La ragione
per la quale tutti gli orologi atomici si sono “fermati” per un secondo,
misurando 61 anziché 60 secondi, è perché dovevano aspettare “virtualmente” la
Terra, che a causa dei suoi movimenti (in primis, la rotazione) rallenta
sistematicamente accumulando millisecondi di ritardo: quando la somma di questi
piccolissimi ritardi raggiunge circa 0,6 secondi, occorre intervenire. La
variazione della frequenza di rotazione della Terra non è predicibile sul lungo
periodo, anche se mediamente gli aggiustamenti si fanno ogni 18 mesi. Rispetto
a due secoli fa, per fare una rotazione completa, la Terra impiega oggi circa 2
millisecondi in più.
Le ragioni del ritardo della
Terra? La velocità di rotazione della Terra non è costante: le cause sono
tante. Gli oceani e l’atmosfera , come masse fluide rotanti in modo
differenziale rispetto alla crosta, le maree, le variazioni interne nel nucleo
terrestre, lo scioglimento dei ghiacci, i terremoti, le eruzioni vulcaniche, e
altre variabili. Il nostro pianeta “arranca” anche per effetto del “tiro alla
fune gravitazionale” con il Sole e la Luna. Un vero caos di variabili con cui
dover fare i conti e che hanno come
risultato quanto detto.
Le diverse definizioni di secondo ai nostri tempi
In definitiva ci troviamo con una
situazione di questo tipo: c’è la Terra che ruota sottoposta ad una serie di fattori
di rallentamento e ci sono degli orologi
atomici al cesio, molto precisi, che servono agli scienziati per misurare al
meglio il tempo, anzi a definirlo nella sua unità di misura (il secondo)
secondo le leggi della fisica e le convenzioni internazionali sui sistemi di
unità di misura. E’ una situazione scientificamente complessa che va
periodicamente risolta per allineare un orologio naturale (Terra) con uno
artificiale (atomico) , per cui la misura del tempo fatta con la Terra come
riferimento è “più lenta” di quella regolarissima basata sulle oscillazioni
degli atomi (nel nostro caso, il cesio). Ogni mille anni si perde un’ora: non è
poco! Si potrebbe pensare: perché siamo così affezionati agli orologi al cesio?
Risposta semplice: il loro massimo “errore” è di 1 secondo ogni milione e mezzo
di anni, decisamente il meglio attualmente possibile, e gli istituti di
metrologia terrestri adottano oggi addirittura un’accuratezza per gli orologi
atomici di 1 miliardesimo di secondo.
Questi orologi sono molto diversi
da quelli abituali. Non ci sono lancette o un quadrante circolare con i numeri: sono complicati apparati elettronici
che terminano con un numeratore digitale a molte cifre che conta il numero di
oscillazioni delle transizioni degli elettroni dell’atomo di Cesio 133.
Addentrarci
nei dettagli della fisica atomica non è semplice e dovremo semplificare
al massimo limitandoci a ricordare che le transizioni tra i livelli energetici
degli elettroni negli atomi comportano l’emissione di una quantità precisa di
energia per un dato atomo. Questa
energia è proporzionale alla frequenza della radiazione ,che si misura
in cicli al secondo (Hertz). E’ pertanto possibile misurare quanti cicli ci
sono in un secondo, o meglio ancora definire il secondo mediante il numero di
cicli conteggiati dal numeratore. Il risultato è la definizione moderna di
“secondo”: 9 192 631 770 (novemiliardi centonovantaduemilioni e così via) di
cicli. La precisione di simili orologi deriva dalla proprietà degli atomi, il
meglio che possiamo avere , ed è indipendente da parametri esterni, come invece
accade sia con i pendoli che con il quarzo, ancor oggi i
nostri orologi tradizionali.
Lo schema di un orologio
atomico moderno
Evidentemente, nella nostra epoca
computerizzata e digitale non è tollerabile ciò che in passato si poteva sospettare ma non risolvere a causa della
mancanza di strumenti di adeguata precisione. Oggi anche il miliardesimo di
secondo conta, non solo il millesimo! I dati vengono trasmessi “a pacchetti” ed
è di straordinaria importanza la frazione temporale della
trasmissione-ricezione! Pensate solo al
funzionamento degli aeroporti, delle missioni spaziali, dei mercati azionari,
che basano tutto su dati temporali precisi e condivisi. Il tempo di Internet
non ammette tentennamenti : lasciamo stare se sia bene o male. Semplicemente
“è”!
L’aggiunta del secondo
intercalare ha creato e crea ancora problemi. Si aggiunge sempre il secondo per
convenzione a fine giugno o il 31 dicembre di un certo anno. Nel 2012 si
leggeva dei problemi da ciò causati ai sistemi informatici in Rete, per siti e
società, che denunciavano inconvenienti tecnici e situazioni offline dei
servizi (LinkedIn, Mozilla,…). Anche oggi l’accordo non è facile ed esistono
divisioni tra favorevoli e contrari nei diversi paesi; tuttavia, in assenza di
altri sistemi di coordinamento alternativi si continuerà probabilmente così:
ogni tanto avremo un giorno di 86.401 secondi, anziché 86.400 (ossia, la durata
in secondi di un giorno di 24 ore). Continuiamo a ritenere che il leap second
sia sempre l’ultimo adottato, poiché i server informatici si sono nel frattempo
preparati per far assorbire gradatamente le frazioni di secondo e non causare
“bug informatici”. Ma tant’è! Anche quest’anno aggiungeremo il secondo. Infine,
va ricordato che in questi anni si stanno costruendo orologi atomici ancor più
precisi, basati su altre scoperte della fisica e su altri atomi diversi dal
cesio e dal rubidio (gli orologi montati sui satelliti GPS) , con l’errore di
un secondo ogni 15 miliardi d’anni. Ne consegue che fra alcuni decenni
ridefiniremo internazionalmente ancora il secondo.
La ricerca non si ferma. Esistono
già studi avanzati di geodesia spaziale, dove i riferimenti delle migliori
determinazioni del tempo sono cosmico-universali e non più terrestri. Si tratta
di una tecnica astronomica chiamata “interferometria
a lunghissima base”, che fa uso di una rete di radiotelescopi terrestri
molto distanti tra loro che osservano sorgenti extragalattiche estremamente
luminose come le quasar. Le quasar sono fortissime radiosorgenti del
lontanissimo universo, da considerare proprio per questo “ferme” rispetto alla
Terra. Viene analizzato il ritardo del segnale radio di una quasar ricevuto da un certo radiotelescopio
rispetto ad un altro distante sulla Terra migliaia di kilometri. Dalle
piccolissime differenze del segnale gli scienziati riescono a calcolare la
posizione precisa dei radiotelescopi partecipanti all’iniziativa, ma
soprattutto la velocità di rotazione e rivoluzione della Terra e la sua
orientazione nello spazio.
Il ritardo del segnale su due
radiotelescopi distanti
I radiotelescopi studiano le onde radio emesse dai corpi celesti
Nessun commento:
Posta un commento