Curiosidades sobre los astros, propuestas de observaciones sencillas, aspectos cotidianos pero poco conocidos, todo ello con un enfoque didáctico.

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miércoles, 3 de noviembre de 2021

El mes

Escribo este post respondiendo a una petición en un comentario a este blog, y por ello debo dedicárselo a Pablo José, que estaba interesado en los distintos tipos de meses astronómicos. Pero antes de entrar en esos temas técnicos y que tienen nombres tan extraños como dracónico, trópico o anomalístico, conviene empezar hablando del origen del mes y su evolución.

El mes es una de las unidades de medida de tiempo más cotidianas. Estamos acostumbrados a citar continuamente los meses, forman parte de la fecha que nos indica en qué día estamos o cuándo es nuestro cumpleaños, pero normalmente no es conocido el origen del mes ni su relación con los astros. 

Si lo pensamos un poco también puede resultar extraño el que utilicemos una unidad de medida con una duración tan variable. 


Entre las unidades de medida del tiempo está claro que el año y el día son de origen astronómico y están motivadas por la traslación y la rotación de nuestro planeta, aunque su duración no sea exactamente la de estos movimientos: ni el día es la duración de la rotación, ni el año la de la traslación.  

Pero entre la duración de un día y un año hay mucha diferencia y sería muy engorroso por ejemplo decir "Ocurrió el día 291 del año pasado". Se necesita una unidad intermedia y desde la antigüedad se utilizó también la duración de los ciclos de fases lunares. Un mes era precisamente esa duración, y la palabra deriva del latino mensis y ésta del griego mene que significaba Luna. 

Este ciclo repetitivo y fácil de observar era una manera sencilla de determinar periodos de tiempo.

Nuestro satélite es el astro más destacado de la noche, y el ciclo de sus fases ha servido para elaborar calendarios, algunos de los cuales aún hoy en día tienen gran influencia en la vida cotidiana de algunas poblaciones. Así en 2022 el 1 de febrero será el año nuevo chino por ser la luna nueva más cercana al centro del invierno, o el 2 de abril comenzará el Ramadán en el mundo islámico ya que se cumplen 12 lunaciones desde el de 2021 y ya será visible la fina fase creciente de un día, o la Semana Santa que también depende de la fase lunar y el 17 de abril será el domingo de Pascua por ser el primer domingo después de la primera luna llena de primavera.

Los ciclos lunares marcan fechas claves y comienzo de determinados meses en los calendarios musulmán, chino y judío.

La duración media de una lunación es de poco más de 29 días y medio, concretamente 29.53, por lo que en los antiguos calendarios se iban alternando meses de 29 y de 30 días.

Antiguamente los nombres de los meses estaban asociados a las labores agrícolas o a algún aspecto de la naturaleza o tarea correspondiente a esa época del año. Con 12 meses de 29 y 30 días casi se completaba un año, pero faltaban unos días por lo que se iba desfasando respecto a las estaciones de manera que una vez establecido un calendario con esos 12 meses, de vez en cuando había que intercalar otro mes. Probablemente al principio se haría de manera natural para que no se desajustara con la labor correspondiente.

Que llega el mes de recoger la cosecha y no está madura, pues se intercala un mes más y se recoge al siguiente” y posteriormente se llevaría a cabo según criterios matemáticos diversos como añadiendo 7 meses cada 19 años, por ejemplo en una secuencia tddtddtddtddtddtddt donde d indica año de 12 meses y t de 13, o como hacen en China añadiendo el mes 13 si con la luna llena del mes 12 no se llega al 5 de febrero, fecha central del invierno; que daría una secuencia análoga pero más fácil de determinar cada año en concreto.

Los calendarios lunares permitían saber el día del mes solo con mirar la Luna y observar su fase, "Que se ve en cuarto creciente, pues es día 7" Pero esta propiedad se ha perdido por culpa de los romanos.

Con solo ver la Luna sabían en qué día del mes estaban.

Aunque en principio también tenían un calendario lunar, Los egipcios fueron el primer pueblo de la antigüedad que prescindió de la Luna. Gracias a la estrella Sirio calcularon la duración del año en 365 días, y tomaron 12 meses de 30 días y 5 días de añadido. Lo de los 30 días probablemente fue por similitud con lo anterior (podrían haber tomado 18 meses de 20 días, por ejemplo), pero con este sistema se desajustó el mes respecto a la lunación.

Nuestros meses provienen del calendario de los romanos quienes, como alguna vez he comentado, eran un tanto arbitrarios y poco rigurosos en estos temas. Incluso los nombres (septiembre, octubre, noviembre y diciembre) no se corresponden con los lugares que ocupan aunque en un principio sí coincidían.

Metódicos y eficientes en aspectos como la arquitectura o la organización militar, los romanos fueron muy arbitrarios a la hora de establecer las normas del calendario.

El calendario original romano, que la tradición atribuye a Rómulo, tenía meses de 30 y 31 días con lo que se pierde el origen del mes. La única explicación que se puede encontrar para que tomase estos números es la intención de ser diferentes y sobresalir: “Que todos tienen meses de 29 y 30 días, pues yo pongo de 30 y 31      

Los meses de 31 días no tienen ningún sentido, ninguna civilización los había utilizado hasta entonces, desajustaba los meses con el ciclo de las lunaciones y tampoco se hizo para cuadrar el año con un número exacto de meses.

De hecho, posteriormente el mandatario romano Numa Pompilio estableció meses de 29 y 31 días sin ninguna razón astronómica y solo porque los números pares eran considerados gafes, aunque más tarde se volvió a los de 30 y 31 con la excepción de febrero, que siempre tuvo menos que los demás.

Como el calendario romano se ha extendido y finalmente ha sido el que ha quedado, actualmente tenemos meses de 28, 29, 30 y 31 días, aunque en porcentajes muy distintos, aproximadamente de 6%,  2%, 33% y 57%.


Como se ha dicho, el concepto de "mes" procede de la duración de la lunación: el ciclo de fases que vemos desde la Tierra, que técnicamente se llama mes “sinódico” (normalmente se considera de una luna nueva a la siguiente), y que al igual que en otros conceptos se diferencia del mes “sidéreo” o "sideral" en que en este segundo caso se toma como referencia las estrellas, y sería el tiempo en que la Luna ha completado realmente una vuelta alrededor de la Tierra.

De la posición 1 a la 2 se ha completado un mes sidéreo, pero aún no se ve la misma fase inicial de luna nueva vista desde la Tierra, lo que sí ocurre en la posición 3, donde se habría completado el mes sinódico.

La situación es diferente porque la Tierra se está moviendo, y realmente lo que tarda la Luna en dar una vuelta a nuestro alrededor sería el mes sidéreo.

- Un mes sidéreo serían 27.32166 días mientras que un mes sinódico tiene una duración media de 29.53059 días.                  

Utilizaré 5 decimales en el valor de los diferentes tipos de meses para diferenciar algunos que son muy cercanos, y siempre son valores medios. Por ejemplo el mes sinódico varía según la cercanía de la Tierra al perihelio y la distancia del perigeo a la luna nueva, como se recogió en el anexo final de "El bulo de la Luna".  

Aunque estos dos son los principales parámetros en el movimiento de nuestro satélite, se definen otros tipos de meses ya que la órbita lunar es muy compleja debido a la atracción también del Sol, va cambiando sus parámetros y según la referencia que se tome para determinar cuándo ha completado su órbita se obtendrán distintos resultados

- Un mes dracónico o draconítico es el tiempo que tarda la Luna en volver al mismo nodo teniendo una duración de 27.21222 días. Recordar que los nodos son los puntos de corte de la órbita lunar con el plano orbital terrestre.

Su diferencia con el mes sidéreo es porque la línea de los nodos no está fija, sino que va girando 1.44º cada vuelta en sentido retrógrado.

De esta manera los nodos completan una vuelta en 18.6 años.

El tiempo que tarda la Luna de pasar del punto A al B sería un mes draconítico. Se ha exagerado enormemente el desplazamiento de la línea de los nodos (habiéndose representado 1.44º por un ángulo mucho mayor) para dar claridad a la figura y visualizar mejor ese desplazamiento.

Con el movimiento de los nodos y su retraso, la Luna llega antes al punto B, que al punto A si la órbita no se hubiera movido, y por eso el mes dracónico es más corto que el mes sidéreo.

Como la posición de los nodos determina la fecha de los eclipses, éstos se van retrasando de un año a otro y en poco más de 9 años vuelven a ocurrir en fechas próximas en el nodo opuesto.

- Un mes anomalístico es el tiempo que tarda la Luna de un perigeo (lugar de su órbita más cercano a la Tierra) al siguiente y tiene una duración media de 27.55455 días. La línea de los ábsides (apogeo-perigeo) va girando en sentido directo 3.07º de media cada vuelta

El apogeo y perigeo dan una vuelta completa cada 8.85 años

El tiempo del paso de la Luna de A a B (que está en la siguiente vuelta) sería un mes anomalístico. Aquí también se ha exagerado, tanto la excentricidad de las órbitas como la diferencia en las posiciones de los dos perigeos, de cara a una mejor visibilidad de la situación

Al desplazarse el perigeo y adelantarse (según el movimiento de la Luna), el satélite llega más tarde al punto B que al punto A si no se hubiera movido y por eso el mes anomalístico es más largo que el sidéreo.

De todas formas en este tema hay que tener en cuenta que la distancia de la Luna en distintos perigeos varía bastante, y también en los apogeos aunque no tanto; de manera que la órbita se está deformando continuamente. Una de las consecuencias curiosas es que si se considera el tiempo del paso por un apogeo al siguiente, la variación es pequeña y siempre está entre 27 y 28 días. Sin embargo de perigeo a perigeo aunque el promedio sean los 27.55455 del mes anomalístico, oscila entre los ¡25 y los 29! días, coincidiendo los valores menores (de poco más de 25 días) con los apogeos más pequeños (la Luna se aleja menos y por eso vuelve antes), que están escoltados por los perigeos más grandes (la Luna se acerca menos).

Es decir, que la excentricidad va variando (en ciclos aproximados de 7.5 meses anomalísticos) y cuando menos excéntrica es (más redonda), menos tarda entre dos pasos por el perigeo. Pero no en los apogeos.

Edito el post y añado un gráfico aclaratorio de esta situación, que me han pedido. Es solo un gráfico explicativo esquemático y en realidad el recorrido de la Luna no se ajusta a tramos de elipse a los que vaya saltando de uno a otro como se ha dibujado en todos los gráficos, sino que va variando poco a poco de una a otra.

Del perigeo 2 al perigeo 3 se produce el mes anomalístico más breve, tal como se ha descrito. Las órbitas 2 y 3 son menos excéntricas que la 1 y 4. También se han exagerado las excentricidades y la diferencia entre las órbitas.

- Un mes trópico es el tiempo que tarda la Luna desde un paso por el punto vernal al siguiente, visto desde la Tierra, teniendo una duración de 27.32158 días.

La duración del paso de 1 a 2 es el mes trópico. También se ha exagerado la diferencia de las posiciones del punto vernal, y con ello la diferencia de duración con el mes sidéreo. 

En este caso no hay ninguna variación de la órbita lunar que haga que el mes trópico se complete ligerísimamente antes que el mes sidéreo, sino que lo que se hace es un cambio de la referencia sobre la que se mide, ya que es el punto vernal (posición del Sol en el equinoccio de primavera) el que se desplaza 360º en 25776 años, o lo que es lo mismo 0.00008º cada mes sidéreo.

No deja de ser curioso que ninguno de estos “meses” tengan la duración de algún mes del calendario, y si reciben ese nombre de "meses" es porque tanto unos como otros tienen el mismo origen: la Luna. Aunque los que usamos de manera cotidiana nadie los suele relacionar con nuestro satélite.

miércoles, 27 de octubre de 2021

Nunca volverá a amanecer tan tarde

Escribo este breve post para recoger una curiosidad relacionada con la hora de salida del Sol que ya traté hace 5 años, pero ahora se produce una circunstancia concreta especial:

En el sur de Europa no amanecerá nunca tan tarde como el próximo sábado día 30 de octubre, teniendo en cuenta la hora oficial en vigor. Concretamente donde yo vivo (latitud 43º 17´ N,  longitud 2º 56´ O) los primeros rayos del Sol aparecerán cuando nuestros relojes marquen las 8:44:20, supuesto un horizonte teórico, y nunca marcarán una hora posterior.


Esto es debido fundamentalmente a la fecha en que se produce el cambio de hora.

Es cierto que los días siguientes están más cercanos al solsticio de invierno y cada vez debería salir el Sol más tarde, y así es en horario solar según el cual llegará a salir casi una hora después; pero como este próximo sábado todavía estaremos en horario de verano, ese día cuando salga el Sol el reloj marcará una hora más y llega a superar la diferencia estacional.

Con todo, el día que más tarde amaneció de toda la historia, según los horarios vigentes en cada momento) fue el 30 de octubre de 2004 (en mi localidad 12 segundos más tarde que el próximo sábado) Pero la de este 2021 es la segunda marca y no será superada.

Esto lo recogí en el artículo “El día que más tarde amaneció” y allí se decía que en segundo lugar estaba el 29-10-2016; pero los 8:43:19 de entonces han sido superados por los 8:44:20 de ahora.

También allí puedes encontrar otros detalles sobre este tema, como por ejemplo que cuando se elimine el cambio de hora estacional, en mi latitud el día que más tarde amanezca será el 3 de enero.



Las claves de esta cuestión están en el día que se hace el cambio al horario de invierno, lo más tarde posible, y también en la proximidad del año bisiesto.

El último día antes del cambio de horario será cuando más tarde anochezca. Antes de 1996 se hacía a finales de septiembre, cuando el día era mucho más largo que ahora, y por tanto no amanecía después de los días próximos al solsticio de invierno. Como ahora dicho cambio se realiza el último domingo de octubre, lo más tarde posible es cuando el 31 es domingo, como este año. También ocurrió así en 2004 y volverá a ocurrir en 2027 y 2032.

El 2004 fue bisiesto y al introducir un día extra (el 29 de febrero), hace que cada fecha esté un poco adelantada (el 30 sería 31 si no hubiera sido bisiesto). Por eso este año no amanece tan tarde como el 2004, pero al ir solo un año después del bisiesto no hay mucha diferencia con aquel; queda en segundo lugar, y no será superado nunca, si el horario de verano deja de utilizarse en 2026, tal como se ha anunciado. 

Eso es lo que hay actualmente, aunque también se dijo que en la Unión Europea no habría más cambios después de éste de 2021, pero se ha retrasado este final según se dice por no haber tomado decisiones durante la pandemia. Si este plazo se volviese a alargar, en 2027 no amanecería tan tarde por estar lejos del anterior bisiesto (2024), pero sí ocurriría en 2032 que él mismo es bisiesto.

Esta situación de la salida del Sol tan tardía solo ocurre en lugares en los que se haga ahora el cambio al horario de invierno y tienen latitud menor que 43º 30´. No sucede en el extremo más septentrional de la costa gallega y asturiana, y en la mayoría de los países de Europa porque allí los días se acortan aún más en invierno y es entonces cuando sale más tarde el Sol; y ocurre con mayor diferencia en lugares más al Sur.

En la zona sombreada (y también en las islas Canarias) se cumplirá la frase del título del post

También ocurre esta circunstancia en Grecia o Bulgaria aunque tengan una hora más, pero hacen el cambio el mismo día, pero no en Turquía, Túnez o Argelia que no hacen el cambio de hora estacional, ni en Marruecos, que ya lo hicieron. Tampoco en otros países más meridionales donde no se hace el cambio porque las diferencias estacionales son pequeñas.

Por supuesto todo esto sirve únicamente en zonas del hemisferio norte. Por lo que respecta a América ocurrirá también en México, pero en la mayoría de los lugares de Estados Unidos y Canadá el cambio de hora se realiza el 7 de noviembre, y será el sábado 6 cuando más tarde anochezca.

miércoles, 20 de enero de 2021

La Tierra se acelera

Es posible que lo hayas oído, porque se ha publicado en muchos medios: Este pasado año 2020 la Tierra se ha puesto a rotar más deprisa.

¡Lo que le faltaba a este año tan especial! Si casi todo había sido diferente por culpa de la pandemia, también en esto el tercer planeta se ha comportado de manera extraña.

Es algo curioso, una de esas cosas que pueden llamar la atención al público y que, como suele ocurrir en ocasiones, partiendo de un dato real se han colado algunos errores de concepto en la redacción de la noticia en casi todos los medios. Vamos, que por querer poner ejemplos que queden llamativos han metido la pata.

Efectivamente, los titulares son correctos, la rotación de la Tierra se ha acelerado y la duración media de los días de este pasado año ha sido la más corta desde que se tiene constancia exacta por medirse con precisión con relojes atómicos, al menos la más corta desde 1973.

No solo eso, sino que desde entonces 2020 ha sido el único año en que, de promedio, nuestro planeta ha ido más deprisa que el estándar que se tomó, para la definición exacta del segundo como unidad básica de medida del tiempo.

No es nada preocupante, la diferencia es mínima, de solo algún milisegundo en algunos días (luego recojo datos más concretos), el total acumulado en todo el año no llegó ni por mucho a media décima de segundo, y no tiene ninguna consecuencia negativa. Incluso podría decirse que si esta tendencia continúa, como parece que indican las previsiones, ayudaría a compensar en parte el desajuste que se ha ido acumulando estos últimos años donde, por cierto, la diferencia con el estándar fue mucho más grande que en este 2020, pero en el sentido contrario.

Tiempo que se ha ido acumulando de desfase (entre o que indican los astros y los relojes atómicos) a lo largo de la última década. En el recuadro aparece ampliada la situación en los 3 últimos años. La curva desciende cuando la rotación es lenta y se acumula retraso.

Hay que tener en cuenta que en un solo día la diferencia máxima nunca ha sido mayor de pocos milisegundos, y se observa que en 2020 también hubo días más lentos del estándar, en los intervalos en que la curva desciende, sobre todo en los primeros meses.


No hay problema, los ajustes están previstos.

La diferencia entre la duración de la rotación (medida por las posiciones de los astros) y la duración teórica medida con los relojes atómicos que nos marcan la hora con precisión, se va acumulando y cuando se aproxima a un segundo a final de junio o de diciembre se reajusta añadiendo o eliminando ese segundo de manera que la hora queda determinada nuevamente de manera adecuada a la orientación de la Tierra.

Desde el año 1972 en que se reguló y comenzó esta práctica se han añadido 27 de estos segundos, llamados “intercalares”, y de momento nunca se ha eliminado ninguno, lo que sí podría producirse si la tendencia de 2020 continuase unos cuantos años más.

De esta manera la curva se ajusta para que la diferencia entre la hora que marcan los relojes atómicos y la que indican las posiciones de los astros, que en definitiva es el criterio de referencia, sea mínima.
Desfase entre el tiempo que indican los relojes atómicos (UTC) y las posiciones de los astros (GMT), corregido por la implantación de los segundos intercalares, que se sitúan en las líneas verticales a trazos. El tramo en rojo corresponde a las previsiones para el año 2021.
Se ha elaborado completando un gráfico tomado de Wikipedia.

En el gráfico se aprecia que en los años 70 la Tierra giraba bastante despacio (aún teniendo en cuenta que las diferencias son muy pequeñas), o que entre 2000 y 2005 se aceleró algo, sin llegar al estándar aunque con periodos breves más rápidos que él, pero bastante menos que en 2020.


Motivos de esas diferencias:

Aunque durante toda una vida (más de un siglo) puede decirse que la rotación de la Tierra es uniforme si se mide con una precisión de segundos, si somos más meticulosos y lo medimos con los relojes atómicos, se pueden apreciar diferencias de milisegundos debido fundamentalmente a que el núcleo del planeta no es sólido y, al poder alterarse su distribución, se ocasionan estas pequeñísimas irregularidades.

También influyen en menor medida los terremotos, movimientos del aire derivados de fenómenos meteorológicos y variación de la presión atmosférica que pueden disminuir o acelerar levemente la velocidad de rotación de manera imprevisible.

Además de ello, se produce una progresiva disminución de la velocidad de rotación debido a la influencia gravitatoria de la Luna y su efecto en las mareas que, aunque cuantitativamente es menor que la producida por las anteriores causas, a diferencia de éstas es acumulativa, siempre actúa en la misma dirección, y con el paso de los millones de años va ocasionando un efecto enorme. Hace unos 3000 millones de años la rotación terrestre duraba solo 6 horas, y dentro de otro tanto será de varios días, hasta que teóricamente se igualase al periodo de traslación de la Luna. Todo ello está recogido en el post "Midiendo el tiempo", pero eso es otra historia, mucho más amplia que el tema concreto de hoy.

Volviendo al tema, aparte de algunas apreciaciones subjetivas no muy afortunadas, en casi todas las noticias que se han publicado estos pasados días sobre este tema se han producido errores numéricos por haber confundido los conceptos de día sidéreo con el día solar y sus diferentes acepciones. 
Por ejemplo, cuando se dice que "el día más corto fue el 19 de julio". Porque aunque se produjo entonces la rotación más rápida, apenas 1,5 milisegundos menos del estándar, a mediados de septiembre los días son siempre unos 4 segundos más cortos.

Son cuestiones que no tienen trascendencia a nivel de divulgación de la noticia, pero al intentar sacar conclusiones se han plasmado en afirmaciones totalmente falsas, que voy a precisar a continuación por si te apetece conocerlo.




Conceptos astronómicos y detalles numéricos: Curiosamente estas circunstancias determinantes en el tema de hoy están muy relacionadas con el post que publiqué hace solo unos días (“La ecuación del tiempo”) donde incidía en la diferencia entre diferentes conceptos relativos a la duración del día, claves en los detalles de esta historia. Ha sido una tremenda casualidad que la noticia a la que me refiero hoy haya aparecido en los medios de comunicación solo 5 días después que escribí con una excusa totalmente diferente. 
Alguien me ha dicho (en broma y teniendo en cuenta ésta y otras cuantas coincidencias) que debo tener premonición, pero eso no existe.

Recojo nuevamente algunos conceptos fundamentales en este tema:

1- Un día sidéreo es la duración de una rotación respecto a las estrellas. Es lo que realmente tarda la Tierra en completar una vuelta tomando una referencia externa y tiene una duración de 23 horas 56 minutos y 4,09 segundos. Y con esa precisión, es constante al menos durante varios siglos.

2- Un día solar verdadero es el tiempo que, visto desde la Tierra, tarda el Sol entre dos pasos consecutivos por el meridiano del lugar, o dicho de otra manera lo que un teórico observador situado en la posición del Sol cronometraría hasta que la Tierra le vuelve a mostrar exactamente la misma cara: Una vuelta respecto al Sol, (unas 24 horas, pero es variable y oscila en varios segundos) que es observable y medible pero no es un criterio objetivo porque nos estamos moviendo también en traslación. 

La diferencia de casi 4 minutos respecto a la duración de la rotación se debe, como se explicaba en el mencionado artículo, a que cuando la Tierra completa su rotación (tomando como referencia una estrella lejana) se ha movido un poco en su órbita, y para repetir su posición respecto al astro rey debe girar un poquito más.

Repito el gráfico y algunos datos para homogeneizar este artículo y pido disculpas a mis lectores fieles por la reiteración:

En la posición 1 en el punto donde arranca la flecha es mediodía. 
En 2 se ha completado una rotación después de 23h 56m (aproximadamente)
En 3 se ha completado el día al cabo de 24 horas (unos días unos segundos más, otros días menos) porque vuelve a ser mediodía en el mismo punto.

Como se vio en el mencionado artículo, la duración del día solar verdadero varía a lo largo del año debido a la ecuación del tiempo, con una diferencia máxima de 51 segundos: El día más largo (día + noche) es el 22 de diciembre con una duración de 24 horas y 30 segundos, y el más corto el 16 de septiembre con 23 horas, 59 segundos y 39 segundos.
Paradójicamente, el día de la lotería en España es el más largo del año (considerando día+noche) y el más corto (día arriba, día abajo) considerando solo el día al margen de la noche. En el hemisferio sur coinciden.

3- Día solar medio: Tomando la media de todos los días del año (días solares verdaderos) se obtiene la duración del día solar medio de las conocidas 24 horas. Como cada hora tiene 60 minutos y cada minuto 60 segundos, un día solar medio dura 86400 segundos.  Esto es exactamente así utilizando la definición de segundo que se tomó en 1960 cuando hubo que fijar con precisión la unidad de medida del tiempo al implantarse el Sistema Internacional de Medidas.

Como debía hacerse una definición rigurosa y en aquella época los primeros relojes atómicos ya habían detectado ligeras variaciones en milisegundos en la duración de la rotación y por ello del día solar, se utilizó la media de la duración de los días entre los años 1750 y 1890, y se definió el segundo como una parte entre 86400 de la duración del día solar medio en esos 140 años.

¿Cómo se conoció exactamente la duración de los días en esas épocas en que no había relojes atómicos? Por las referencias de fenómenos astronómicos que se habían registrado. Aunque lógicamente la precisión de las mismas no podía ser elevada, al tomar un intervalo de más de 100 años y hacer la división, esa precisión queda perfectamente delimitada.

La observación y registro de fenómenos astronómicos durante más de un siglo en una época en que ya había medios tecnológicos suficientes, permitió obtener una definición rigurosa del segundo a pesar de no contar con relojes de tanta precisión entonces. La imagen corresponde a un enorme telescopio de W. Herschel. 


Los errores de las noticias

No se trata de sacar los colores a nadie porque, como digo siempre en estos casos, todos nos equivocamos alguna vez, frecuentemente de los errores es de donde más se aprende, y quizás éste sirva a algunos lectores para entender la diferencia entre los conceptos astronómicos mencionados. O quizás a mí, si alguien me indica y razona que yo soy el equivocado, porque me parece increíble que se hayan colado en tantos sitios los  mismos "gazapos". Pero mientras tanto lo tengo muy claro. 

Antes de nada, conviene decir que en este caso y de manera sorprendente el error más repetido no ha estado en la agencia de noticias que lo ha difundido o los medios que lo han reproducido, sino en la fuente de donde lo ha recogido (timeanddate.com) y que, en principio parece que debería ser fiable porque está especializada en el tema. Quizás alguien tuvo un mal día porque no salieron las cosas como quería y estaba un poco descolocado, que a cualquiera le puede ocurrir, o probablemente quien lo escribió interpretó incorrectamente el dato que le dio el científico que lo había calculado,...

Resumiendo: se confunden y se mezclan 3 conceptos diferentes: día sidéreo (duración real de la rotación), día solar verdadero y día solar medio. Los 86400 segundos que aparecen en todas las noticias corresponden a este último concepto, pero se les ha aplicado a uno de los otros dos, según el caso, llegando a conclusiones paradójicas o absurdas.

La agencia EFE recogió la noticia de la fuente original, y fue ampliamente difundida en medios de comunicación. Lógicamente todos lo repitieron y así nos enteramos de que la Tierra se ha acelerado, aunque no hayamos entendido muy bien eso de los 86400…, ni tampoco nos importa mucho. Y mejor así, porque es incorrecto.

Refiriéndose al día más corto de 2020, donde dice “1,4602 milisegundos menos de 86400 segundos", va a ser que no.

Es imposible medir la diferencia de la duración del día o de la rotación respecto a los 86400 segundos, y no se puede obtener con ninguna medición el resultado que se dice. Sencillamente es falso:

Si se ha medido la duración de la rotación con respecto a las estrellas, se habría obtenido el valor de la rotación (los 86164,092 segundos que son 23 h 56 m 4,0916s) restados los mencionados 1,462 milisegundos,  y si fuera con respecto al Sol, se habría obtenido 86403,50 menos 1,462 milisegundos ya que por el tema de la ecuación del tiempo el día solar el 19 de julio dura 24 horas y 3,50 segundos.

En ambos casos claramente diferente a lo que se ha publicado.

Lo lógico parece que se hubiera detectado esa diferencia de 1,462 milisegundos respecto a las estrellas (que son las referencias que se toman en estas medidas) pero se haya querido adornar utilizado los 86400 en vez de 86164,09 porque aunque es falso queda más llamativo y es la cifra que aparece en la primera definición oficial del segundo.

En realidad el día (solar) que menos duró (como todos los años, y ya lo he citado antes) fue el 16 de septiembre con 23 h 59 m 39 s, que serían 86379 segundos, prescindiendo de los dichosos milisegundos que no van a cambiar el primer puesto de la clasificación de días cortos.

Aparte de eso en la noticia hay otro "despiste", aunque no sea tema astronómico, sino en el concepto de lo que significa "batir un record", y lo comento luego. 

Aunque a veces los problemas pueden estar en una traducción inadecuada, leyendo la noticia original en inglés de timeanddate.com parece que no es el caso, aunque hay que tener cuidado con la coma decimal y el punto de los millares que, aunque por el contexto queda claro, en cada lugar es diferente e incluso en la anterior se mezclan.


Artículo original del que la agencia Europa Press tomó la información de manera literal y luego distribuyó a los diferentes medios, alguno de los cuales sacaron conclusiones de "cosecha propia". 

Por si acaso, tengo que decir que el resto de la noticia es correcta salvo algún detalle semántico, interesante y con datos muy precisos, por lo cual extrañan aún más las mencionadas "imprecisiones". Quizás aunque tengan claro cual es la idea correcta (así debe ser lógicamente) hayan optado por simplificar de cara a difundir la noticia ya que si tienen que explicar los diferentes conceptos la gente dejaría de leer. Pero se debería haber evitado dar la cifra de 86400 segundos.

Aparece también un gráfico con la duración de los días a lo lago del año 2020, y su diferencia respecto al estándar:

Gráfico de timeanddate.com, al que he añadido una línea roja con la referencia del anterior record.

Si el record anterior se batió por primera vez el día 21 de junio y definitivamente el 19 de julio, a mi no me salen las 28 veces que se batió en 2020. Aunque hubiese habido 28 días más cortos que el anterior record (en el gráfico faltan los datos de los últimos 15 días del año), según el gráfico solo se bate 3 veces. Pero esto es un tema semántico al margen de los conceptos astronómicos.

El pie de ese gráfico: "Variation of daylength throughout 2020. The length of day is shown as the difference in milliseconds (ms) between the Earth's rotation and 86,400 seconds" se vuelve a cometer el error en el término "rotación" y el dichoso numerito.

Es posible que yo esté exagerando y sacando pegas donde no es para tanto. Evidentemente los autores conocen todos los términos técnicos y es posible que solo hayan simplificado para poder llegar a los lectores, que dejarían a un lado el artículo con todos estos tecnicismos. O que el fallo esté en quien lo ha redactado, que no los conozca y haya aportado algo "de cosecha propia". Pero quiero insistir (soy un pesado) en que la utilización reiterada del dichoso numerito 86400 y el asociarlo a "lo que no es" lleva a un callejón sin salida correcta. 

Otros ejemplos:

Dejando a los del timeanddate, su alerta respecto a la aceleración de nuestro planeta ha hecho que otros medios se hayan animado con el tema, hayan hilado por su cuenta en general con lógica correcta, pero partiendo de esas frases "imprecisas o falsas", con lo que los errores han ido aumentando:

Se refiere al domingo 3 de enero de 2021, cuando la rotación parece que habría durado 0,1073 milisegundos menos de lo que debiera, y es lo que quiere indicar. Pero lo que se dice es erróneo porque no debería restar de 24 horas, sino de  24 horas y 27 segundos que es lo que dura el día solar el 3 de enero, por el asunto de la ecuación del tiempo.

Ya que he recogido esa cita y he hecho publicidad a este medio, no me puedo reprimir e incluyo este párrafo del mismo artículo, cuya última frase podría figurar en la "antología del disparate", solo para que hagáis unas risas, después de leerla despacio:


¡Lo que da de sí un número tan redondo como el 86400! Que parece haber convertido el punto de los millares en coma (en caso contrario, el planeta giraría a velocidad infinita al reducir su rotación en toda su cuantía) en una frase absurda por su significado porque aún 86 y pico son muchos segundos. 
Y eso de que hayan sido los relojes atómicos quienes lo hayan descubierto ese numerito... Mucho antes de que se inventaran el día tenía 86400 segundos (24 horas de 60 minutos y cada uno 60 segundos) y fueron esos artefactos diabólicos los que lo pusieron en entredicho. 

Hay que tomárselo con humor, y este anexo de los dos rombos empieza a parecerse a aquel otro que utilicé al principio de la pandemia con algunos chistes para animar un poco, y cuya cabecera he incluido en la última cita.

Y ya puestos, otro detalle de Crónica.com, aunque este ¿es algo más serio? No lo creo, y te animo a que lo busques, lo leas entero, y ...


Por una parte se habla de 0.05 milisegundos y a continuación de 0.5 segundos: ¿dos temas diferentes que no explica? ¿pero por qué 0.5 segundos? ¿cambio de unidades con factor equivocado y en sentido contrario? ¿Me estoy volviendo demasiado suspicaz ...?

Pero, sin duda para darle sensacionalismo a algo que no lo tiene, se dice que esta mayor velocidad de rotación “podría provocar un gran impacto en nuestra vida cotidiana”, lo cual es totalmente falso, y en realidad ocurre lo contrario: desde que se mide el tiempo con precisión con los relojes atómicos, justamente este año 2020 es el que se ha comportado de manera más regular, por lo que en este aspecto es cuando menos problemas pueda haber creado.

Si en los últimos 47 años la Tierra se ha ido retrasando a una velocidad mucho mayor que lo que se ha acelerado en 2020 y no hemos tenido ningún problema por ello, ahora que precisamente con este leve adelantamiento lo que hace es reducir un poco el desfase y comportarse “como debe ser”, o mucho más parecido a ello, puedes dormir tranquilo porque toda esta historia no nos va a añadir ningún problema a los muchos que ahora mismo ya tenemos en el tercer planeta.

domingo, 3 de enero de 2021

La ecuación del tiempo

Aunque resulte extraño, porque ya han pasado 2 semanas del solsticio, hoy 3 de enero es el día que más tarde sale el Sol de todo el año en latitudes cercanas a 43º, donde yo vivo. 

En el horizonte teórico de Bilbao hoy el Sol ha salido unos segundos después de las 8:44 hora oficial, mientras que el 21 de diciembre lo hizo a las 8:41

Esto es consecuencia de una curiosa circunstancia, que recoge la denominada "ecuación del tiempo" y que ya he mencionado en varias ocasiones. Pero la anécdota de hoy me da la excusa de centrarme en ella y explicarlo de manera completa.

1- Un extraño desajuste

Esto de la "ecuación del tiempo" se refiere a un tema técnico, poco conocido y sin ninguna influencia en la vida diaria hasta el siglo XIX cuando las indicaciones de los relojes mecánicos, ya con suficiente precisión, determinaban la hora oficial sustituyendo a los relojes de sol.

1: Reloj solar al que se le ha incluido la corrección de la ecuación del tiempo en una de sus líneas horarias. Los antiguos no la necesitaban.
2: Reloj mecánico en la catedral de Girona, ubicado donde anteriormente había un reloj de sol, y cuyas indicaciones difieren a causa de la ecuación del tiempo.

Por el nombre, puede parecer algo rimbombante, pero no tiene nada que ver con la física relativista ni los viajes en el tiempo como alguien me preguntó en una ocasión.  Sin embargo tiene algunas curiosas consecuencias como la que he citado al comienzo.

Puede parecer extraño porque siempre hemos oído que el día más corto (y la noche más larga) es el día del solsticio de invierno. Eso es cierto, pero el hecho de que hoy haya amanecido más tarde que estos días previos no significa que el día durará menos, ya que eso se compensa con que la puesta de sol va ocurriendo cada vez más tarde ¡desde el 8 de diciembre!.

Sencillamente lo que sucede es que en esta época del año (especialmente en diciembre y enero) el mediodía solar se va retrasando (respecto a nuestro reloj) y con ello también el momento de salida y puesta del Sol. 

Por ejemplo en mi latitud el 3 de enero dura 6 minutos más que el 21, y por ello parece que debería amanecer 3 minutos antes pero lo hace 3.5 minutos después porque el mediodía se ha atrasado 6.5 minutos respecto a nuestros relojes que no nos indican la hora solar, sino la llamada hora civil.

Concretamente ese mediodía astronómico, el momento medio entre la salida y la puesta del Sol, que ocurre cuando el astro rey se sitúa exactamente en dirección Sur (porque estoy en el hemisferio norte) y alcanza su máxima altura del día, no ocurre siempre a la misma hora porque la duración de los días (día +noche) es diferente según las fechas.

Durante estas semanas la duración real del día es algo más de las 24 horas, nuestros relojes se van adelantando respecto a Sol, y por eso el mediodía se va atrasando respecto a la hora oficial y se producen las circunstancias referidas antes: el Sol va saliendo cada vez más tarde, hasta que ese retraso se compensa con el alargamiento del día frente a la noche (en mi latitud precisamente hoy) una vez que ya hemos pasado el solsticio.

Los efectos de esta “ecuación del tiempo”, pueden despistar enormemente, por ejemplo, a quien quiera saber qué hora es, mirando un reloj solar (lo expliqué en "La hora de los relojes de sol"), porque no sirve eso de “Súmale una hora, o dos en verano” o “Si estamos en Galicia hay que sumar otra media hora más”, sino que en cada fecha la corrección es diferente. Esto de la lectura adecuada de los relojes de sol es quizás la consecuencia más evidente de este tema, porque todavía se pueden ver en muchos lugares estos antiguos relojes, o incluso instalados en época reciente con un objetivo decorativo o con un toque científico-cultural.

Cartel situado junto a un reloj de sol en el Aula de Astronomía de Durango, donde se hace referencia a la ecuación del tiempo, que debe utilizarse para calcular exactamente la hora oficial.

Todo este tema puede resultar extraño y no tenía ninguna relevancia cuando la hora la marcaba la posición del Sol y eran los relojes solares los que indicaban qué hora era. Aunque ya en el siglo XVII con las leyes de Kepler podía calcularse este extraño desajuste, no tiene ninguna utilidad hasta que los relojes mecánicos adquieren una suficiente precisión, y al marcar horas siempre de la misma duración (tiempo medio) dejan en evidencia que el momento del mediodía (cuando los relojes solares marcan las 12 en "tiempo solar verdadero") va cambiando poco a poco según la fecha.

Como recapitulación quiero insistir en que el motivo, u origen inmediato de la ecuación del tiempo es que eso de que "un día dura 24 horas" es solo un promedio de todos los días del año. Hay días más largos que esas 24 horas, (como máximo 30 segundos más), y otros más cortos, pero tanto unos como otros van todos seguidos con lo que la diferencia se va acumulando. En el primer caso los relojes se van adelantando a la posición del Sol (en el segundo caso atrasando) y la diferencia con la hora solar llega a ser de algo más de 14 minutos por un lado (el 12 de febrero el mediodía en el meridiano cero ocurre a las 12:14:13 T.U.) o más de16 minutos por el otro (el 4 de noviembre a las 11:43:34 T.U.). A lo largo del año unos se compensan unos con otros y al final el promedio son las conocidas 24 horas. 

2- Puedes comprobarlo con un sencillo experimento

Precisamente en estas fechas no muy lejanas del cambio de año puede comprobarse fácilmente que un día no dura exactamente 24 horas, porque precisamente ahora se dan las diferencias máximas:

En Astronomía se considera la duración de un día (día solar) como el tiempo que transcurre desde que el Sol está en dirección Sur (en el punto más alto de su trayectoria diaria) hasta que vuelve a estarlo al día siguiente, es decir de mediodía a mediodía, siendo esa la referencia que los astrónomos tomaban hasta hace unos años para determinar el día. 

Tú mismo-a podrías comprobarlo con la sombra de algún edificio, de una farola o, mejor, de un objeto cotidiano del que puedas marcar hoy a mediodía la posición de su sombra y mirar a qué hora vuelve a estar en la misma posición mañana. Verás que pasan unos cuantos segundos más de esas 24 horas.

Materiales para realizar el experimento. La brújula no es imprescindible.

Para ello: Marca la posición de una sombra hacia mediodía, (aproximadamente cuando se dirija hacia el norte). Anota la hora exacta en que has hecho las marcas (hora, minutos y segundos), y si al día siguiente observas esa misma hora verás que la sombra aún no está en la  misma posicion. Le falta un poco para llegar a ella, y aunque exactamente no sea fácil determinarlo, observa aproximadamente cuantos segundos adicionales tarda en situarse como el día anterior. Estos días de final y principio de año son los más favorables para apreciar ese intervalo de tiempo.

Esta imagen recoge la experiencia:

La sombra de una balaustrada de un balcón puede ser adecuada para realizar el experimento. Aquí se ha pegado con cinta adhesiva un papel blanco en el suelo para evitar que se mueva.

Consejos prácticos: 

- Lo mejor puede ser utilizar un lugar donde no pase la gente, incluso dentro de tu casa, y marcar la sombra en un papel blanco donde se aprecia mejor su borde, que se pegará al suelo para evitar que se mueva.

- Puede servir, por ejemplo, uno de los barrotes de la barandilla de un balcón o la separación de dos hojas de una ventana, de cuya sombra en el suelo de la terraza o el de la habitación se marcarán los dos lados, ya que marcando solo uno de ellos la imprecisión del tramo de penumbra hará más difícil la comprobación al día siguiente. La simetría de la sombra respecto a los dos bordes facilita la determinación del momento correcto.


- Si el segundo día ha estado nublado a esa hora, no importa: inténtalo los días posteriores y la diferencia será aún más apreciable. Si quieres estimar numéricamente el resultado y calcular aproximadamente la duración media de esos días, habrá que dividir entre el número de días que hayan pasado, y ese promedio dará un valor más exacto.

- Para que la situación sea correcta, hay que hacerlo a mediodía, tal como se ha dicho. En cada lugar y en cada fecha ese mediodía ocurre a diferente hora y por ello puede ser útil utilizar una brújula y realizar el  experimento cuando la sombra de un objeto vertical (el barrote de la verja del balcón) está en dirección norte.

- Pero como tampoco vamos a medir el tiempo con exactitud (una precisión de un segundo es imposible por este método), esa dirección será aproximada. Solo habría un error apreciable si tomásemos las medidas más de una hora antes o después de ese momento. Si lo hacemos a la tarde, cuando ya la sombra ha girado hacia el Nordeste, la diferencia de tiempo respecto a las 24 horas será menor, o incluso nula, como se representa en este gráfico.

La duración del día será el tiempo que el Sol tarda en volver a estar en dirección Sur de un día a otro (la sombra en dirección Norte). En otras direcciones no es válido. 
Para visualizar la situación se he exagerado enormemente tanto la diferencia de las trayectorias del Sol en dos días consecutivos, como el retraso en las posiciones del Sol el segundo día respecto al primero.

- Por ello el momento de la primera medición puede ser aproximado, en cualquier instante cercano al mediodía, pero anota la hora (hora, minutos y segundos) y la comprobación al día siguiente debe ser exactamente a la misma hora.

3- Motivos de la ecuación del tiempo

Hay dos causas que originan estos desfases y con ello dan lugar a la ecuación del tiempo: por un lado la inclinación del eje de la Tierra y por otro la diferente velocidad de nuestro planeta en su camino alrededor del Sol motivada por la forma ligeramente elíptica de su órbita, según la 2ª ley de Kepler. 

Los dos motivos de la ecuación del tiempo

La primera tiene más influencia que la segunda, pero en cualquier caso los detalles son bastante técnicos y por eso voy a incluir toda la explicación dentro del habitual anexo para quienes tienen curiosidad y ganas de seguir razonamientos que pueden no ser evidentes.

Como es probable que no te interese el detalle quédate con esa circunstancia, poco conocida, de que el mediodía verdadero ocurre a distinta hora según la fecha, habiendo una diferencia máxima de casi 31 minutos en los valores extremos (algo más de 14 o de 16 por un lado y por otro), que se dan a principio de noviembre y a mediados de febrero respectivamente.



He escrito varias veces sobre el tema en este blog, pero siempre de manera parcial y haciendo referencia a otros artículos anteriores antes de continuar. Por ello he decidido recopilar aquí todo ese material de manera ordenada y completa. Quizás algo te suene:

Como el asunto no es inmediato, iré paso a paso analizando los dos motivos citados y sus consecuencias, empezando por el menos relevante pero más sencillo:

A) Duración de la rotación y del día, y su variación por la segunda ley de Kepler.

La rotación terrestre tomando como referencia las estrellas es prácticamente uniforme salvo ligerísimas variaciones muy inferiores a un segundo, siendo su duración de 23 horas y 56 minutos (redondeando a minutos) y a este intervalo de tiempo se le llama día sidéreo. 

Cuando la Tierra ha dado una vuelta sobre su eje volveremos a ver las estrellas donde estaban al comienzo si hemos empezado de noche. Pero si el comienzo ha sido de día veremos que el Sol aparece desplazado un poco, porque en realidad se ha movido la Tierra un poco en su órbita y ya no está en la posición inicial, tal como se aprecia en el siguiente gráfico. Tiene que continuar rotando unos 4 minutos más hasta completar las 24 horas y ahora si, si hemos empezado a mediodía con el Sol en el meridiano, al cabo de esas 24 horas volverá a estar ahí.
En la posición 1 en el punto donde arranca la flecha es mediodía. En 2 se ha completado una rotación después de 23h 56m.   En 3 se ha completado el día al cabo de 24 horas porque vuelve a ser mediodía en el mismo punto.

Como se ha dicho, la rotación prácticamente es uniforme, pero la traslación no, y por este motivo esos 4 minutos pueden ser unos segundos más o unos segundos menos y por ello habrá días más cortos que 24 horas y otros más largos, como se recoge en el apartado C)

Los días próximos al perihelio son más largos que en el afelio:
Según la Tierra se encuentre próxima al perihelio o al afelio (más cercana o más lejana del Sol), necesitará unos segundos más de esos 4 minutos citados, o unos segundos menos, como se aprecia en el siguiente gráfico.
1- Comienzo del día  y de la rotación. 2- Media rotación. 3- Se completa la rotación. 4- Se completa el día
En las proximidades del perihelio la Tierra se traslada más deprisa, de acuerdo con la segunda ley de Kepler. En una rotación (paso de 1 a 3) se ha movido más respecto al Sol (visto desde aquí el Sol se ha desplazado más) y el ángulo que debe girar (de las posición 3 a la 4) para completar el día y que la flecha vuelva apuntar al Sol, es mayor que en el afelio y tardará más que los 4 minutos de media.
Por contra, cerca del afelio el día se completa antes de esos 4 minutos y los días son más cortos.

Conviene aclarar que este efecto, que da lugar a una de las componentes de la ecuación del tiempo, se debe a la segunda ley de Kepler. No es debido a las posiciones de la Tierra en un órbita elíptica (como en ocasiones se ha escrito), sino a que como consecuencia de esa pequeña elipticidad la velocidad de traslación es diferente en distintos lugares de la órbita. No demasiado, pero sí apreciable.


B) Movimiento aparente del Sol por la eclíptica a lo largo del año y su influencia en la duración del día.

A causa del movimiento de traslación, desde aquí el Sol se va desplazando sobre las constelaciones de fondo, pero no lo hace de manera perpendicular al meridiano debido a que el eje de rotación terrestre está inclinado.
A lo largo del año recorre la eclíptica y el recorrido que debe hacer el Sol desde que pasa por el meridiano hasta que vuelva a hacerlo para completar así el día, puede realizarlo por el camino más corto (dirección casi perpendicular al meridiano) o por otro ligeramente más largo según la estación y lógicamente tardará algo más, según se detalla luego.
Aunque todos sabemos que la Tierra no es el centro alrededor del cual se muevan los astros (como se creía antiguamente según el sistema geocéntrico) este gráfico corresponde al llamado "modelo de las dos esferas" y representa lo que vemos desde aquí.


Los días en las proximidades de los solsticios son más largos que en los equinoccios:

Situación en los equinoccios: La eclíptica está inclinada respecto al ecuador en la zona donde está el Sol

Un  punto del ecuador se movería uniformemente, respecto al meridiano. Si el Sol estuviera en el ecuador pasaría a de A a B en unos segundos más de las 24 horas. Aproximadamente se habría movido casi 1º (360º /365 días=0,986)

Pero en realidad se ha movido ese ángulo en la eclíptica y ha pasado de A a B´. Volverá a pasar por el meridiano el Sol real (en B´) antes que el teórico (en B)
Por ello en las proximidades de los equinoccios el día dura menos que la media (menos de 24 horas).

Situación en los solsticios

En los solsticios no ocurre este efecto porque el ecuador y la eclíptica son prácticamente paralelos en el lugar donde está el Sol , y estos serán los días más largos. 

Debido a la suma de los efectos que producen estas dos circunstancias recogidas en los apartados A) y B), cada día tiene una duración ligeramente diferente de 24 horas. 


Cuantificación de estos efectos

Si se consideran numéricamente los resultados de los dos efectos y su suma, se obtiene la siguiente gráfica donde se recogen los segundos que cada uno de ellos hace aumentar (o disminuir) la duración del día (día más noche), a lo largo del año:


Como puede apreciarse, la influencia del solsticio-equinoccio es mayor que la del perihelio-afelio  pero lo que determina la duración de cada día es la suma de ambas, indicado por la línea negra, que para mayor claridad recojo por separado en este otro gráfico (*)

 
Duración del día desde un paso del Sol por el meridiano local hasta el siguiente (día más noche), según la fecha. 

Se ve que en los solsticios los días son más largos. Pero de los dos solsticios, el de diciembre (solsticio de invierno en el hemisferio Norte) está muy cerca del perihelio, que actualmente ocurre hacia el 4 de enero (este año 2021 ha sido el día 2), y al sumar los dos efectos el día 22 de diciembre (a veces el siguiente) resulta ser el más largo del año con una duración de 24 horas y 30 segundos. 
Curiosa casualidad porque ese es el "día" más largo considerando día+noche, pero casi el más corto en el hemisferio norte si solo se considera el día (el tiempo en que el Sol está por encima del horizonte). En el hemisferio sur las dos circunstancias coinciden.

Si se integra la función de esta última gráfica y se va acumulando el retraso o adelanto, se obtiene la gráfica de la "Ecuación del tiempo"(**) que técnicamente indica la diferencia en cada fecha de la hora solar media local respecto a la hora solar verdadera que marcan los relojes de Sol.

Utilizando nomenclatura matemática, esta ecuación del tiempo sería la integral de la función de la gráfica anterior, considerando el origen cero en las 24 h, según la escala de la izquierda.
Esta gráfica de la ecuación del tiempo proporciona la diferencia entre el tiempo medio y el tiempo verdadero a lo largo del año y suele utilizarse (sumada al ajuste al huso o zona horaria correspondiente según la longitud geográfica) para calcular la hora oficial a partir de la que marca un reloj de sol.

Esta gráfica en ocasiones se representa invertida, o con los signos + y - cambiados. Evidentemente es lo mismo, teniendo claro lo que representan: En este caso recoge el tiempo que hay que añadir a la "hora solar verdadera" para obtener la "hora solar media local".   

También es muy frecuente encontrarla "doblada" y girada, dando una figura en forma de "número ocho" a la que se suele denominar "analema" en muchos relojes solares para realizar la corrección directamente, o en montajes fotográficos obtenidos con sucesivas tomas a la misma hora oficial (salvo el cambio horario estacional). En estos gráficos la escala de fechas no es homogénea porque se adapta a las diferentes variaciones en la declinación solar según la época del año.
Detalle del reloj solar que indica directamente la hora oficial en el Intituto de Sestao, reloj analemático trazado en la ikastola Alkartu de Barakaldo y analema solar obtenido en Atenas por Anthony Ayiomamitis.



Como conclusión, y volviendo a las consideraciones del comienzo del artículo, en el gráfico(*) de la duración del día se aprecia que precisamente en esta época, desde  principios de noviembre hasta mediados de febrero, los días (día más noche) duran más de 24 horas y nuestros relojes van adelantando respecto al Sol. O, visto de otra manera, el Sol se va retrasando respecto a la hora que marcan nuestros relojes. 

Este efecto de unos pocos segundos se va acumulando hasta unos cuantos minutos y esa acumulación es precisamente lo que se refleja en el último y definitivo gráfico de la ecuación del tiempo (**).
En él se deduce que durante estas fechas el mediodía se atrasa, y el Sol sale y se pone cada vez más tarde, siendo  ese efecto mayor (en mi latitud, y hasta el día de hoy) que el adelanto en la salida  del Sol por el efecto estacional tras haber pasado el solsticio de invierno.

En cada latitud ese día, que supone un punto de inflexión en la tendencia de la hora de salida del Sol, es diferente. En el centro de la península Ibérica es el 4 de enero, en el sur de la misma el 5, y en el ecuador el 12 de febrero, ya que al no haber allí efecto estacional queda determinado únicamente por la ecuación del tiempo.