Astronomia tempo Atomico Internazionale

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Astronomia tempo Atomico Internazionale

Tempo Atomico Internazionale

Purtroppo anche il Tempo delle Effemeridi si è rivelato poco attendibile, in quanto con l’avvento degli orologi atomici negli anni ’60 (vedi Fig. 19) si vide che anche il periodo di rivoluzione della Terra intorno al Sole non era rigorosamente costante.
Pertanto, nel 1.971 la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure introdusse una nuova Scala di Tempo: Il Tempo Atomico Internazionale (TAI) a cui fu associata una nuova Unità di Tempo e cioè il Secondo di Tempo Atomico, che nella definizione data nel Sistema Internazionale (SI) corrisponde a 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini dello stato fondamentale dell’atomo di Cesio 133 (transizione per emissione stimolata dalla frequenza di risonanza di un campo elettromagnetico, in una cavità,  dal livello F=4 al livello F=3 ).
Quindi, per la prima volta nella storia dell’uomo, il tempo non fu più legato a fenomeni di tipo astronomico bensì a fenomeni fisici dello stato della materia. L’importanza degli orologi atomici sta nel fatto che sono molto stabili nel tempo e poco sensibili alle influenze esterne. Inoltre sono assoluti, nel senso che sono un campione di frequenza immutabile valido per ogni orologio posto in qualsiasi luogo dello spazio ed in qualsiasi tempo . Invece, gli orologi al quarzo, predecessori di quelli al Cesio,  anche se più precisi della rotazione terrestre non sono né assoluti  né tanto meno stabili nel tempo, in quanto la loro frequenza varia da un quarzo all’altro e soprattutto, nello stesso cristallo, la loro frequenza non è costante nel tempo.
Un’altra conseguenza importante che si verificò con l’avvento degli orologi atomici é che di questi se ne potevano avere molti e sparsi in tutto il mondo, mentre l’orologio Terra era ed é unico. Questo fatto permise di ridurre gli errori stocastici degli orologi mediando le misure di tempo con molti orologi situati in differenti laboratori.  Pertanto il  comune tempo di riferimento così ottenuto fu fornito per diversi anni dal sistema di navigazione terrestre, il LORAN-C , gestito dall’U.S. Navy di Washington.
Questo sistema di gestione e distribuzione del tempo è stato al giorno d’oggi soppiantato dal più moderno e accurato Sistema di Posizione Globale  (GPS).
Si ricorda che il secondo (SI) del TAIè stato determinato con riferimento alla Scala di Tempo del Tempo delle Effemeridi (ET), per cui anche il TAI si é discostato dall’UT in modo analogo all’ET.
L’origine del TAI è stato definito per convenzione coincidente con il tempo UT2  al 1° Gennaio 1.958 alle ore 00h 00m 00s.00 UT. Questa definizione è stata formalmente rivista nel 1.980 nella riunione del Comitato Consultativo per la Definizione del Secondo nella quale si fece l’assunzione che la Terra  doveva essere considerata come un sistema di riferimento rotante in senso relativistico.
In questo contesto, vista la precisione raggiunta dagli orologi atomici una ventina di anni fa (dell’ordine del centomilionesimo di secondo al giorno), l’IAU introdusse nuove Scale di Tempo, prevalentemente per scopi astronomici, che tenessero conto degli effetti relativistici a cui sono soggette le misure su eventi che succedono nei più disparati sistemi di riferimento fissi o in moto relativo sia sulla Terra che nello spazio.
Lo studio del moto dei corpi celesti in un particolare sistema di riferimento e soggetti a una teoria gravitazionale richiedono la definizione di nuove scale di Tempo Dinamico.
Parallelamente alle nuove Scale di Tempo Dinamico che tratteremo tra poco, sono stati introdotti due nuovi concetti di tempo in senso relativistico:

Il Tempo Proprio
Il Tempo Coordinato

Con il termine di Tempo Proprio si intende il tempo che è misurato da un osservatore solidale ad sistema di riferimento (ad esempio sulla superficie terrestre) in cui l’evento viene osservato. In altre parole tutti gli eventi che si registrano con orologi atomici sulla Terra rappresentano misure di Tempo Proprio e il Tempo Atomico in questo contesto è una particolare forma di Tempo Proprio.
Il termine Tempo Coordinato invece, a rigore indicherebbe una quantità calcolabile ma non misurabile. Infatti, in Relatività Generale esso è semplicemente una delle 4 coordinate che individuano un evento nello Spazio-Tempo. In casi particolari però lo si può identificare come il Tempo Proprio di un particolare osservatore. Per esempio nella metrica di  Schwarzschild :

dt2  = (1- 2*M/r) * dt2 + (1- 2*M/r)-1 dr2 + r2 *( dq2 + sin2q* df2)

il Tempo Coordinato t  coincide con il Tempo Proprio t nel caso in cui l’osservatore sia supposto fermo (dr , dq, df = 0) e all’infinito (r®¥).
Con il termine di Tempo Coordinato si intende il tempo che viene registrato su di un sistema di riferimento in movimento relativo rispetto al sistema di riferimento (supposto fisso e isolato nello spazio) in cui si osserva l’evento.
Come si è potuto capire i Sistemi di Riferimento Inerziali e la Teoria della Relatività  Ristretta e Generale a questo punto  sono diventati parte essenziale nella misurazione di eventi astronomici, per cui mi sembra opportuno spendere due parole su questo argomento.

 

Fonte: http://www.oato.inaf.it/astrometry/papers/IntRep/02_66_Moti_Terra.doc

Sito web da visitare: http://www.oato.inaf.it/

Autore del testo: R. Pannunzio

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