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Un año tropical (también conocido como año solar) es el tiempo que el Sol, visto desde la Tierra, tarda en volver a la misma posición a lo largo de la eclíptica (su camino entre las estrellas en la esfera celeste) en relación con los equinoccios y solsticios. La duración exacta depende del punto de la eclíptica que se elija: si se parte del equinoccio de primavera (norte), uno de los cuatro puntos cardinales de la eclíptica, se obtiene el año del equinoccio de primavera; si se hace una media de todos los puntos de partida de la eclíptica, se obtiene el año tropical medio.
En la Tierra, los seres humanos notan el progreso del año tropical por el lento movimiento del Sol de sur a norte y viceversa; la palabra «tropical» deriva del griego tropos que significa «giro». Los trópicos de Cáncer y Capricornio marcan las latitudes extremas del norte y del sur en las que el Sol puede aparecer directamente sobre la cabeza. La posición del Sol puede medirse por la variación de un día a otro de la longitud de la sombra al mediodía de un gnomon (un pilar o palo vertical). Esta es la forma más «natural» de medir el año en el sentido de que las variaciones de insolación impulsan las estaciones.
Debido a que el equinoccio de primavera retrocede a lo largo de la eclíptica debido a la precesión, un año tropical es más corto que un año sideral (en 2000, la diferencia era de 20.409 minutos; era de 20.400 min en 1900).
Sutilezas
El movimiento de la Tierra en su órbita (y por tanto el movimiento aparente del Sol entre las estrellas) no es completamente regular. Esto se debe a las perturbaciones gravitatorias de la Luna y los planetas. Por lo tanto, el tiempo entre las sucesivas pasadas de un punto concreto de la eclíptica variará. Además, la velocidad de la Tierra en su órbita varía (porque la órbita es elíptica y no circular). Además, la posición del equinoccio en la órbita cambia debido a la precesión. Como consecuencia (explicada más adelante), la duración de un año tropical depende del punto específico que se seleccione en la eclíptica (medido desde el equinoccio y moviéndose junto a él) al que debe volver el Sol.
Por lo tanto, los astrónomos definieron un año tropical medio, que es un promedio sobre todos los puntos de la eclíptica; tiene una duración de unos 365,24219 días SI. Además de esto, se han definido años tropicales para puntos específicos de la eclíptica: en particular el año del equinoccio de primavera, que comienza y termina cuando el Sol está en el equinoccio de primavera. Su duración es de unos 365,2424 días.
Una complicación adicional: Podemos medir el tiempo bien en «días de longitud fija»: Días SI de 86.400 segundos SI, definidos por los relojes atómicos o días dinámicos definidos por el movimiento de la Luna y los planetas; o en días solares medios, definidos por la rotación de la Tierra con respecto al Sol. La duración del día solar medio, medida por los relojes, es cada vez más larga (o, a la inversa, los días de los relojes son cada vez más cortos, medidos por un reloj de sol). Hay que utilizar el día solar medio porque la duración de cada día solar varía regularmente durante el año, como muestra la ecuación del tiempo.
Como se explica en Error en la declaración del año tropical, utilizar el valor del «año tropical medio» para referirse al año del equinoccio de primavera definido anteriormente es, estrictamente hablando, un error. Las palabras «año tropical» en la jerga astronómica sólo se refieren al año tropical medio, al estilo de Newcomb, de 365,24219 días SI. El año del equinoccio de primavera de 365,2424 días solares medios también es importante, porque es la base de la mayoría de los calendarios solares, pero no es el «año tropical» de los astrónomos modernos.
El número de días solares medios en un año del equinoccio de primavera ha estado oscilando entre 365,2424 y 365,2423 durante varios milenios y probablemente se mantendrá cerca de 365,2424 durante algunos más. Esta estabilidad a largo plazo es pura casualidad, ya que en nuestra época la ralentización de la rotación, la aceleración del movimiento orbital medio y el efecto en el equinoccio de primavera de los cambios de rotación y de forma en la órbita de la Tierra se anulan casi por completo.
En cambio, el año tropical medio, medido en días SI, es cada vez más corto. Era de 365,2423 días SI hacia el año 200 d.C., y actualmente se acerca a los 365,2422 días SI.
Valor medio actual
El último valor del año tropical medio en J2000.0 (1 de enero de 2000, 12:00 TT) según una solución analítica incompleta de Moisson fue:
365.242 190 419 días SI
Un valor más antiguo de una solución completa descrita por Meeus fue:
(este valor es consistente con el cambio lineal y los otros años eclípticos que siguen)
365.242 189 670 días SI.
Debido a los cambios en la tasa de precesión y en la órbita de la Tierra, existe un cambio constante en la duración del año tropical. Esto se puede expresar con un polinomio en el tiempo; el término lineal es:
diferencia (días) = -0.000 000 061 62×a días (a en años julianos desde 2000),
o unos 5 ms/año, lo que significa que hace 2000 años el año tropical era 10 segundos más largo.
Nota: estas fórmulas y las siguientes utilizan días de exactamente 86400 segundos SI. a se mide en años julianos (365,25 días) desde la época (2000). La escala de tiempo es el Tiempo Terrestre, que se basa en los relojes atómicos (antes se utilizaba el Tiempo de Efemérides); es diferente del Tiempo Universal, que sigue la rotación algo imprevisible de la Tierra. La diferencia (pequeña pero acumulativa) (llamada ΔT) es relevante para las aplicaciones que se refieren al tiempo y a los días tal y como se observan desde la Tierra, como los calendarios y el estudio de las observaciones astronómicas históricas, como los eclipses.
Diferentes longitudes
Como ya se ha mencionado, hay cierta elección en la duración del año tropical dependiendo del punto de referencia que se elija. La razón es que, mientras la precesión de los equinoccios es bastante constante, la velocidad aparente del Sol durante el año no lo es. Cuando la Tierra está cerca del perihelio de su órbita (actualmente, en torno al 3 – 4 de enero), ésta (y por tanto el Sol visto desde la Tierra) se mueve más rápido que la media; de ahí que el tiempo ganado al llegar al punto de aproximación en la eclíptica sea comparativamente pequeño, y el «año tropical» medido para este punto será más largo que la media. Este es el caso si se mide el tiempo para que el Sol vuelva al punto del solsticio del sur (alrededor del 21 de diciembre – 22 de diciembre), que está cerca del perihelio.
A la inversa, el punto del solsticio del norte actualmente está cerca del afelio, donde el Sol se mueve más lento que la media. Por lo tanto, el tiempo ganado porque este punto se ha acercado al Sol (por la misma distancia de arco angular que ocurre en el punto del solsticio del sur) es notablemente mayor: así que el año tropical medido para este punto es más corto que la media. Los puntos equinocciales se encuentran entre ambos, y en la actualidad los años tropicales medidos para ellos se acercan más al valor del año tropical medio citado anteriormente. Como el equinoccio completa un círculo completo con respecto al perihelio (en unos 21.000 años), la duración del año tropical definida con referencia a un punto específico de la eclíptica oscila alrededor del año tropical medio.
Los valores actuales y su cambio anual de la hora de regreso a los puntos cardinales de la eclíptica son:
- Equinocio de verano: 365,24237404 + 0,00000010338×a días
- Solsticio del Norte: 365.24162603 + 0.00000000650×a días
- equinoccio de otoño: 365.24201767 – 0.00000023150×a días
- solsticio de sur: 365,24274049 – 0,00000012446×a días
Nota que la media de estos cuatro es de 365,2422 días SI (el año tropical medio). Esta cifra se está reduciendo actualmente, lo que significa que los años se acortan, cuando se miden en segundos. Ahora bien, los días reales se alargan lenta y constantemente, medidos en segundos. Así que el número de días reales en un año también está disminuyendo.
Las diferencias entre los distintos tipos de año son relativamente menores para la configuración actual de la órbita de la Tierra. En Marte, sin embargo, las diferencias entre los distintos tipos de año son un orden de magnitud mayor: año del equinoccio de primavera = 668,5907 días marcianos (sols), año del solsticio de verano = 668,5880 sols, año del equinoccio de otoño = 668,5940 sols, año del solsticio de invierno = 668,5958 sols, siendo el año tropical 668,5921 sols . Esto se debe a que la excentricidad orbital de Marte es considerablemente mayor.
La órbita de la Tierra pasa por ciclos de aumento y disminución de la excentricidad en una escala de tiempo de unos 100.000 años (ciclos de Milankovitch); y su excentricidad puede llegar a ser de unos 0,06. Por lo tanto, en un futuro lejano, la Tierra también tendrá valores mucho más divergentes de los distintos años de equinoccio y solsticio.
Año civil
Esta distinción es relevante para los estudios del calendario. El calendario hebreo establecido creó una resolución matemática para las diferencias que surgen entre los años solar y lunar, de modo que todas las fiestas judías ocurren en la misma estación cada año. La principal fiesta cristiana en movimiento ha sido la Pascua. En los primeros tiempos del cristianismo se utilizaron varias formas de calcular la fecha de la Pascua, pero finalmente se aceptó la regla unificada de que la Pascua se celebraría el domingo siguiente a la primera luna llena (eclesiástica) en o después del día del equinoccio vernal (eclesiástico, no real), que se estableció que cayera el 21 de marzo. Por lo tanto, la Iglesia se marcó como objetivo mantener el día del equinoccio de primavera (real) en o cerca del 21 de marzo, y el año civil tiene que estar sincronizado con el año tropical, medido por el intervalo medio entre los equinoccios de primavera. Desde aproximadamente el año 1000 d.C., el año tropical medio (medido en días SI) se ha hecho cada vez más corto que este intervalo medio entre equinoccios vernales (medido en días reales), aunque el intervalo entre los sucesivos equinoccios vernales medido en días SI se ha hecho cada vez más largo.
Ahora nuestro actual calendario gregoriano tiene un año medio de:
365 + 97/400 = 365,2425 días.
Aunque se aproxima al año del equinoccio de primavera (de acuerdo con la intención de la reforma del calendario gregoriano de 1582), es ligeramente demasiado largo, y no es una aproximación óptima si se tienen en cuenta las fracciones continuas que se indican a continuación. Obsérvese que la aproximación de 365 + 8/33 utilizada en el calendario iraní es incluso mejor, y que 365 + 8/33 se consideró en Roma e Inglaterra como alternativa para la reforma del calendario gregoriano católico de 1582.
Además, los cálculos modernos muestran que el año del equinoccio de primavera se ha mantenido entre 365.2423 y 365,2424 días naturales (es decir, los días solares medios medidos en Tiempo Universal) durante los últimos cuatro milenios y debería seguir siendo de 365,2424 días (con una precisión de diez milésimas de día natural) durante algunos milenios más. Esto se debe a la anulación mutua fortuita de la mayoría de los factores que afectan a la duración de esta medida particular del año tropical durante la era actual.
Reglas del calendario
El gran interés del valor del año tropical es mantener el año civil sincronizado con el comienzo de las estaciones. Todos los calendarios solares progresivos desde los tiempos del Antiguo Egipto son calendarios aritméticos. Esto supone una regla fácil para intentar alcanzar el mejor valor astronómico posible.
En la historia de los calendarios solares se utilizaron, se utilizan o se proponen especialmente estas cinco reglas (aproximaciones):
| Regla del calendario | Año medio en días | |
|---|---|---|
| Antiguo egipcio | 365 | = 365. 000 000 000 |
| Juliana | 365 + ¼ | = 365. 250 000 000 |
| Gregoriano | 365 + ¼ – 3/400 | = 365. 242 500 000 |
| Khayyam | 365 + 8/33 | = 365. 24 24 24 24 |
| Año tropical medio en la época 2000.0 | = 365. 242 190 419 | |
| von Mädler | 365 + ¼ – 1/128 | = 365. 242 187 500 |
Equinoccio de marzo
| Equinoccio de marzo de 2001 a 2048 en tiempo dinámico (delta T a UT > 1 min.) |
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| 2001 | 20 | 13:32 | 2002 | 20 | 19:17 | 2003 | 21 | 01:01 | 2004 | 20 | 06:50 | |||
| 2005 | 20 | 12:35 | 2006 | 20 | 18:27 | 2007 | 21 | 00:09 | 2008 | 20 | 05:50 | |||
| 2009 | 20 | 11:45 | 2010 | 20 | 17:34 | 2011 | 20 | 23:22 | 2012 | 20 | 05:16 | |||
| 2013 | 20 | 11:03 | 2014 | 20 | 16:58 | 2015 | 20 | 22:47 | 2016 | 20 | 04:32 | |||
| 2017 | 20 | 10:30 | 2018 | 20 | 16:17 | 2019 | 20 | 22:00 | 2020 | 20 | 03:51 | |||
| 2021 | 20 | 09:39 | 2022 | 20 | 15:35 | 2023 | 20 | 21:26 | 2024 | 20 | 03:08 | |||
| 2025 | 20 | 09:03 | 2026 | 20 | 14:47 | 2027 | 20 | 20:26 | 2028 | 20 | 02:19 | |||
| 2029 | 20 | 08:03 | 2030 | 20 | 13:54 | 2031 | 20 | 19:42 | 2032 | 20 | 01:23 | |||
| 2033 | 20 | 07:24 | 2034 | 20 | 13:19 | 2035 | 20 | 19:04 | 2036 | 20 | 01:04 | |||
| 2037 | 20 | 06:52 | 2038 | 20 | 12:42 | 2039 | 20 | 18:34 | 2040 | 20 | 00:13 | |||
| 2041 | 20 | 06:08 | 2042 | 20 | 11:55 | 2043 | 20 | 17:29 | 2044 | 19 | 23:22 | |||
| 2045 | 20 | 05:09 | 2046 | 20 | 11:00 | 2047 | 20 | 16:54 | 2048 | 19 | 22:36 | |||
| Fuente: Jean Meeus | ||||||||||||||
Cuando se utiliza el calendario gregoriano en escalas de tiempo constantes (TT o TAI), por lo que al ignorar DeltaT, el comienzo de la primavera se desplazará inevitablemente al 19-20 de marzo, en lugar del tradicional 20-21 de marzo. El año común gregoriano 2100 sustituirá temporalmente el equinoccio de primavera al 20-21 de marzo, pero volverá a desplazarse al 19-20 de marzo en 2176 (=17×128) según las tablas de equinoccio de Meeus. La regla de von Mädler evitaría regularmente este desplazamiento al 19 de marzo durante milenios.
Véase también
- Año anómalo
- Año sideral
- Jean Meeus y Denis Savoie, «The history of the tropical year», Journal of the British Astronomical Association 102 (1992) 40-42.