Astronomia tempo delle Effemeridi

Tempo delle Effemeridi

Poiché la rotazione terrestre non poteva essere più considerata attendibile, per le considerazioni di cui sopra, nel mondo astronomico, intorno agli anni ‘60 sorse la necessità di avere una Scala di Tempo decisamente più affidabile. Infatti, nella “Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure” (CGPM) del 1.956 si introdusse un nuovo Tempo Scala Dinamico basato sulla rivoluzione della Terra intorno al Sole, che come abbiamo visto prima è molto più stabile della rotazione assiale terrestre. Ricordiamo che ben 400 milioni di anni fa (periodo Devoniano) l’Anno Siderale doveva essere più corto di solo 10h  34m  rispetto alla durata attuale (un millesimo di anno più corto). Pertanto se il periodo di rivoluzione si fosse mantenuto costante da quei tempi ad oggi la Terra avrebbe compiuto nello stesso tempo circa 241 mila rivoluzioni (anni) in più rispetto ai 400 milioni di rivoluzioni ipotizzati teoricamente, secondo la  seguente relazione:

DT  = 0d,000 000 11* 4.000.000 * 400.000.000/2= 88.000.000 giorni  = 240.936  anni

dove 0d,000 000 11 è il rallentamento secolare del periodo di rivoluzione della Terra

Viceversa se la Terra nel suo moto di rotazione attorno al proprio asse avesse mantenuto un rallentamento costante  della durata del giorno di 0,001 6 secondi per secolo, nel periodo Devoniano la Terra avrebbe avuto un periodo di 22h 13m per cui se tale rotazione si fosse mantenuta costante fino ai giorni nostri, la Terra nello stesso tempo avrebbe fatto circa 5 miliardi e mezzo di rotazioni (giorni) in più corrispondenti a circa 15 milioni di anni in più rispetto ai 400 milioni di anni previsti teoricamente secondo quest’altra relazione:

DT  = 0s,001 6 * 4.000.000 * (365,242 2* 400.000.000)/2)/(365,242 2 * 24 * 3.600) = 14.814.814,81anni

dove 0s,001 6 è il rallentamento secolare del periodo di rotazione giornaliero della Terra.
I dati forniti dalle due relazioni precedenti ci fanno capire come il periodo di rivoluzione della Terra sia circa 60 volte più uniforme di quello rotazionale terrestre.
In realtà quello che realmente si osserva con il passaggio delle stelle in meridiano non è tanto il rallentamento secolare della Terra che, pur essendo più macroscopico di quello dovuto alla rivoluzione della Terra intorno al Sole  risulta ancora contenuto, quanto le variazioni accidentali del moto di rotazione terrestre che, come abbiamo detto precedentemente, concorrono con le altre variazioni stagionali e secolari a far si che attualmente il nostro pianeta rallenti la sua rotazione diurna di circa un secondo di tempo all’anno.
Pertanto si definì come Unità di Tempo primaria invariabile del Tempo delle Effemeridi,  l’Anno Tropico all’epoca  0 Gennaio 1.900 ore 12 di ET da cui si  derivò l’Unità di Tempo pure invariabile detta Secondo delle Effemeridi coincidente con il secondo di Tempo Solare Medio al principio del 1.900, quando l’Anno Tropico conteneva 31.556.925,974.7 secondi, o detto in altri termini quando la longitudine media del Sole a quell’epoca aveva il seguente valore (già riportato nelle righe precedenti):

l = 279°,696 678 + 0°,985 647 335 4* d + 0°,000 022 67* D2

Chiaramente, se volessimo dare una definizione di “Giorno delle Effemeridi”, dovremmo dire che esso coincide con il Giorno Solare Medio dell’anno 1.900, essendo questo costituito da 86.400 secondi di Tempo delle Effemeridi. Per cui se la Terra avesse mantenuto una rotazione costante attorno al proprio asse nel corso dei secoli, si avrebbe sempre avuto la culminazione del Sole Medio al Meridiano di Greenwich alle ore 12 di UT e conseguentemente alle ore 12 di ET  .
Tuttavia, poiché la Terra è in continuo rallentamento, occorre definire due nuovi tipi di Sole Medio relativi rispettivamente a una rotazione costante e a una rotazione variabile di questa.
Si considera pertanto un Sole Medio , detto Universale, che ha la caratteristica di compensare il rallentamento progressivo della Terra, in maniera che culmini sempre alle ore 12 di UT al Meridiano di Greenwich (ora civile segnata dagli orologi nel primo fuso orario) ; quindi si considera un altro Sole Medio , detto delle Effemeridi, che ha la caratteristica di tenere conto del rallentamento, nel senso che con il passare degli anni, alle ore 12 di UT si trovi sempre più spostato verso Est rispetto al Meridiano di Greenwich . In base a quanto stabilito, si è convenuto di riferire un meridiano associato al Sole Medio delle Effemeridi. Questo meridiano ha la caratteristica di far culminare sempre  il Sole Medio delle Effemeridi alle ore 12 di ET ed inoltre di trovarsi spostato verso Est da Greenwich di una quantità angolare proporzionale alla differenza tra il Tempo delle Effemeridi e il Tempo Universale.
Poiché la differenza:

DT= ET- UT

sostanzialmente dovuta al rallentamento terrestre ammontava al 1.983,0 (ultimo anno in cui è rimasto in uso il Tempo delle Effemeridi)  a DT =+52s,96 (solari e non siderali), valore che tende a crescere  attualmente di circa un secondo ogni anno , ne segue che il Meridiano delle Effemeridi sarà spostato rispetto a quello di Greenwich di una quantità pari all’angolo descritto dalla rotazione terrestre in 52,96 secondi solari.
Poiché la Terra compie un giro di 360° in 24 ore siderali , corrispondenti a 23h 56m 04s,09 solari medie, l’angolo descritto dalla Terra in 52,96 secondi solari sarà di

(24h / 23h 56m 04s,09) *DT = 1,002738 *DT = 53s,105    secondi siderali = 13’ 16”,57

Riassumendo, possiamo dire che il Sole Medio delle Effemeridi culmina sempre al Meridiano delle Effemeridi alle ore 12 di ET, mentre impiega ancora 53,105 secondi (questa volta solari) per culminare al Meridiano di Greenwich e quindi  alle 12h 00m 53s,105 di ET.
Sapendo inoltre che per ogni transito in meridiano di un astro vale la relazione:

 UT = ET -  DT

segue che il Sole Medio delle Effemeridi transitando alle ore 12h 00m 53s,105 di ET  al Meridiano di Greenwich avrà un Tempo Universale corrispondente a:

UT = 12h  + 1,002 738 DT  -  DT  =  12h 00m 00s,145

Da queste relazioni notiamo che il Sole Medio Universale transitando sempre alle ore 12 di UTa Greenwich, ha un anticipo di 0,002 738*DT = 0,145 secondi sul Sole Medio delle Effemeridi , quantità che in prima approssimazione rende praticamente coincidenti i due tipi di Sole Medio.
Per meglio visualizzare i tempi dei transiti del Sole Medio Universale e delle Effemeridi relativamente ai Meridiani di Greenwich e delle Effemeridi ci possiamo servire della seguente Figura 34 in cui gli istanti sono espressi sia in ET che in UT.
Data la maggior uniformità del Tempo delle Effemeridi rispetto al Tempo Universale questo tipo di Tempo Dinamico è stato utilizzato dal 1.960 fino al 1.983 per scopi puramente astronomici, cioé mirato al calcolo della posizione degli astri in cielo i cui moti orbitali seguendo le leggi della teoria gravitazionale sono ancorati ad una scala di tempo uniforme. Dal punto di vista pratico l’ET  si ricava dal confronto della posizione osservata di un pianeta con quella calcolata .