Los leap seconds, o segundos intercalares, son segundos que se agregan a ciertos días, cada cierto período de tiempo. Si bien para nuestra vida diaria no tienen mayor importancia, si lo tienen en temas delicados, como los sistemas computacionales. Hoy, 30 de junio de 2015, se agrega un nuevo segundo intercalar.

¿Por qué se hace necesario agregar un segundo cada ciertos años?

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¿Cómo medimos la hora?

Existen ciertos estándares para medir la hora y definir las zonas horarias a través del mundo. El sistema que se utiliza para determinar la hora en los distintos países es el Tiempo Universal Coordinado (UTC por sus siglas en inglés). El UTC coincide con el horario de Greenwich, GMT, y es el que se utiliza para definir las distintas zonas horarias. Por ejemplo, en Chile, en estos momentos estamos con la hora UTC/GMT – 3 horas. Así se define la zona horaria para los distintos países.

El horario GMT se medía según la rotación de la Tierra, lo cual no es bastante exacto (como explicaremos más abajo). Por eso, para uso oficial y científico, fue reemplazado por el UTC, el cual se mide como una combinación: utiliza el Tiempo Atómico Internacional (IAT en inglés), y el horario UT1, que es el dado por la rotación de la Tierra.

¿Cómo se mide el «tiempo atómico»?

Los relojes atómicos utilizan los movimientos propios de los átomos para medir el tiempo. En condiciones muy especiales y libres de cualquier perturbación, un átomo oscila un número fijo de veces en un intervalo de tiempo. Este movimiento del átomo jamás varía por si solo: libre de perturbaciones, y manteniéndose en las mismas condiciones, un átomo oscilará siempre el mismo número de veces en un mismo período de tiempo. Puedo tener muchos relojes atómicos distintos, pero la oscilación de los átomos está dada por su constitución fundamental: distintos átomos de un mismo elemento, bajo exactamente las mismas condiciones, oscilarán exactamente el mismo número de veces en un mismo período de tiempo. Eso es lo que hace a los relojes atómicos extraordinariamente eficaces, confiables y exactos.

¿Cómo se mide el tiempo según la rotación de la Tierra?

Un día en la Tierra corresponde al período de tiempo que le toma dar una vuelta en torno a su propio eje. Este tiempo se ha determinado que es de 24 horas, o 86.400 segundos.

¿Cómo se define 1 segundo?

Si sabemos que la Tierra rota en torno a su eje una vez cada 86.400 segundos, podríamos decir que un segundo se define como el tiempo que le toma a la Tierra dar una vuelta sobre su eje, dividido 86.400:

Sin embargo, esto no es así. El tiempo de rotación de la Tierra no es una medida estándar. La rotación de la Tierra va haciéndose cada vez más lenta, debido a las interacciones gravitacionales entre nuestro planeta, la Luna, y el Sol. El efecto gravitacional neto de este sistema de tres cuerpos hace que la Tierra le entregue momentum a la Luna, lo que hace que nuestro planeta se vaya frenando de manera muy, muy, muy extremadamente lenta. De hecho, la diferencia es mínima: en lugar de un día de 86.400 segundos exactos, la rotación de la Tierra toma 86.400,002 segundos. Se ha calculado que, en tiempos de los dinosaurios, un día en la Tierra duraba 23 horas. En el año 1820 duraba exactamente 24 horas. Hoy, ya dura 24 horas y 0,002 segundos.

Aún mas: el valor de 0,002 segundos es sólo un promedio, ya que la duración de un día puede variar por distintos factores gravitacionales. Aquí se pueden ver algunas mediciones de la duración de un día a lo largo de los años. Ojo, que algunos días son más cortos y otros más largos. El valor de 0,002 segundos corresponde a un promedio del valor acumulado. Estas diferencias siempre serán del orden de fracciones de segundo, e indetectables para nosotros.

Es por eso que la definición oficial de 1 segundo se realiza en base a relojes atómicos. Los relojes atómicos son exactos, imperturbables, y nunca presentarán discrepancias entre los distintos equipos. Un segundo se define como el tiempo que le toma, en particular, a un átomo de Cesio-133, en su estado fundamental, oscilar exactamente 9.192.631.770 veces.

Y… ¿qué tiene que ver todo esto con el segundo que se agrega?

En principio, una diferencia de 0,002 segundos en la hora UT1 suena insignificante. De hecho, para nuestra vida diaria, no afecta en absoluto. Sin embargo, con el pasar de los años esta diferencia se va acumulando, comenzando paulatinamente a hacerse más distintas las horas UTC e ITA. Ya mencionamos que la hora UTC se define en base a la hora IAT, o atómica, en combinación con la hora UT1, dada por la rotación de la Tierra. Las variaciones en la hora UT1 generan que, cada cierto número de años, la hora UTC sea distinta de la hora IAT. Esta diferencia debe ser solucionada, de manera que la hora UTC siga siendo exacta y siga coincidiendo con la hora IAT.

Es por eso que cada vez que se acumula un segundo de diferencia entre la hora IAT y la hora UTC, simplemente se le suma un segundo a esta última, para hacerlas coincidir nuevamente.

Estos segundos se agregan a la hora UTC para que la discrepancia horaria no vaya aumentando aún más en el tiempo, y para que la hora utilizada oficialmente esté lo más coordinada posible con la rotación de la Tierra.

Asi que hoy, 30 de junio de 2015, el reloj no pasará de las 23:59:59 a las 0:00:00 del 1 de julio, como lo haría normalmente: antes, pasará por las 23:59:60, sumando el segundo que faltaba. Aquí puedes ver una lista de otras ocasiones en que se ha insertado un segundo intercalar.

Para terminar, un video de la NASA (en inglés) que explica cómo se mide con precisión el largo exacto de un día:

¿Cómo vas a usar tu segundo extra?

Links de interés

The science behind leap seconds
Leap Second Science
NASA explains why clocks will get an extra second on June 30