Introducción

Introducción


El tiempo es una magnitud física con la que es posible medir la duración o separación de dos acontecimientos. Desde un acontecimiento determinado hasta otro, es posible determinar una variación de tiempo mediante algún instrumento.

Dichas observaciones permiten ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, presente y futuro, que da lugar al principio de causalidad, uno de los axiomas del método científico. La unidad básica en el Sistema Internacional (SI) es el segundo. Esta unidad permite la conformación de lo que se denomina escala de tiempo.

Cada escala de tiempo, puede determinarse o materializarse mediante métodos diferentes. Por ejemplo, el Tiempo Medio en Greenwich está vinculado a la rotación de la Tierra, lo cual implica que esta escala está relacionada a lo que se denomina parámetros de orientación terrestre. Dicha escala ha sido reemplazada con la familia Tiempo Universal (UT en su sigla en inglés). El TAI, en cambio, se forma realizando comparaciones de cientos de patrones (relojes), de Cesio alrededor del mundo.
El tiempo es una magnitud física con la que es posible medir la duración o separación de dos acontecimientos.
Dado que la rotación de nuestro planeta es irregular (la Tierra no es un reloj), el Tiempo Universal se desplaza con respecto al TAI. Esta deriva se produce por diversos factores, entre ellos las mareas. Para conciliar nuestros horarios naturales (UT) con las escalas de tiempo altamente uniformes como el TAI, se define una variante del UT que se llama Tiempo Universal Coordinado (UTC), basada (al igual que el TAI) en el segundo del SI, pero definida de forma que no difiera del UT en más de 0,9 segundos. Para conseguirlo, se introducen correcciones de un segundo, denominadas segundos intercalares, en el tiempo UTC a medida que las observaciones así lo aconsejan. (NDA: Esta definición de UTC está a punto de ser revisada y la recomendación general será la de eliminar el denominado “segundo intercalar”. Para aprender más sobre “segundo intercalar”, diríjase a (en inglés) http://tycho.usno.navy.mil/leapsec.html)

El Sistema Instalado en el SIH

El sistema del SIH tiene el propósito de materializar localmente la escala de tiempo TAI (Tiempo Atómico Internacional). Dicha materialización se logra utilizando un patrón de cesio HP5071A, también llamado habitualmente reloj atómico de cesio. Un reloj atómico es un tipo de oscilador que utiliza una frecuencia de resonancia atómica normal para alimentar su contador. De aquí en adelante, se llamará patrón de cesio a lo que comúnmente se llama reloj, por ser éste un término más correcto.

Dicho oscilador es utilizado por un contador o reloj digital para contabilizar el número de ciclos generado por el patrón de cesio. Dicho intervalo es justamente 1 segundo, siendo ésta la base de la definición del Sistema Internacional.

Como ejemplo concreto, si el patrón de cesio tiene salidas de 10 y 5 Mhz, esto implica que en un segundo trascurren en la salida 10 ó 5 millones de ciclos. Contando dichas oscilaciones utilizando algún sistema de compuertas preciso, el reloj digital es capaz se generar en una salida propia lo que se conoce como 1 pps o pulso por segundo. Un pulso por segundo no es más que un marcador de disparo que indica (en flanco de subida), el momento exacto en que trascurren la cantidad de ciclos correspondiente a la entrada del reloj digital.

Materialización de la Escala

Para generar el TAI, el Bureau Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) usa algoritmos matemáticos diseñados específicamente para tal efecto. En la actualidad al algoritmo usado se le denomina ALGOS. Estos algoritmos determinan las inestabilidades de los relojes participantes y les asignan pesos estadísticos para la ponderación. Es importante señalar que la escala TAI es una escala virtual en el sentido de que no existe señal física alguna que la defina. TAI es más bien el resultado matemático de un promedio ponderado.

Las observaciones realizadas en todos los laboratorios son efectuadas al mismo tiempo permitiendo de esta forma comparar los diferentes patrones de tiempo. Además, en forma análoga, el mismo sistema que permite comparar patrones de tiempo, permite también diseminar UTC(IGNA) para el caso del laboratorio del Instituto Geográfico Nacional.

El sistema utilizado para diseminar y comparar la escala de tiempo es el llamado vista común de satélites. Visto desde el punto de vista conceptual, el sistema opera según el siguiente diagrama de bloques:

Comparación Remota de Relojes: Vista Común a Satélites GPS

Algunos receptores GPS poseen una salida de 1 pps. Esta señal se genera en base a los mensajes de navegación que permiten al receptor –junto con las observaciones de pseudodistancia- sincronizarse a tiempo GPS. El receptor está permanentemente corrigiendo su reloj de cuarzo para que éste se adecue a la precisión necesaria para calcular correctamente las pseudodistancias a cada satélite.

Utilizando un contador de intervalos para medir la diferencia de tiempo entre el pulso generado por el patrón de cesio y el pulso del receptor GPS, es posible relacionar esta observación con otro patrón de cesio que esté observando el mismo satélite.>

Este conjunto de equipamientos necesario para la comparación remota del patrón de cesio local del laboratorio IGNA, se denomina Time Transfer System 2 (TTS-2) y fue provisto por la empresa PeakTime.

Para más información, diríjase a la página del Bureau Internacional de Pesos y Medidas, http://www.bipm.org/en/scientific/tai/

Misión

La misión del SIH es la de mantener y diseminar el Tiempo Universal Coordinado (UTC). Dicha diseminación se realiza a través de la entrega semanal de observaciones a los satélites GPS (archivo en formato CGGTTS). Utilizando dicha entrega, es posible conocer la diferencia de fase entre el patrón de cesio utilizado por el SIH y el sistema GPS (tiempo GPS). Dichas diferencias de fase pueden diferenciarse con las de otro oscilador que se desee contrastar o vincular a la escala de tiempo calculado por el BIPM.

En forma mensual, el BIPM publica la denominada “Circular T” (http://www.bipm.org/jsp/en/kcdb_data.jsp) donde se especifican los pesos de los relojes involucrados en el cálculo de UTC así como también las diferencias de fase con escala. A través de dicha circular, y obteniendo las observaciones del SIH, es posible obtener el estado de un oscilador ubicado en Argentina y compararlo con una escala tan estable como es UTC.

A futuro, el SIH planea brindar un servicio de sincronización de relojes a través del protocolo NTP. El mismo tendrá dos niveles de acceso, uno para precisiones estándar (stratum 2) y otro para requerimientos de alta precisión (stratum 1) como ser la obtención de estampa de tiempo para emisión de certificados digitales.

Objetivos

  • Mantener la materialización de la escala de Tiempo Universal Coordinado en las instalaciones del Instituto Geográfico Nacional.
  • Diseminar la mencionada escala a través de los medios tecnológicos disponibles en la actualidad.
  • Brindar asesoramiento relacionado con los conceptos de “tiempo” y “transferencia de tiempo”.

Historia del Servicio Internacional de la Hora

En el año 1927 se iniciaron las observaciones para la determinación de la latitud y longitud del Observatorio de Córdoba. Dichas observaciones tenían por objetivo trazar en forma precisa y definitiva los meridianos de la cartografía nacional en su correcta posición.

A tales efectos, el Profesor Ingeniero Félix Aguilar realizó numerosas observaciones tanto en Postdam (Alemania), como en Buenos Aires y Córdoba para realizar las determinaciones necesarias.

Dado el conocimiento e instrumental adquirido por el Instituto Geográfico para estas determinaciones, la Unión Geodésica y Geofísica Internacional reunida en Praga en el año 1927, invitó a la Argentina a organizar el envío de señales horarias de precisión. Debido a dicha invitación, el Poder Ejecutivo Nacional encomienda al Instituto Geográfico la transmisión de señales horarias de precisión que comienzan a emitirse el 1º de junio de 1931.

Nace de esta forma el Servicio Internacional de la Hora (SIH) que transmitía las señales horarias necesarias para determinaciones astronómicas fundamentales y expeditivas.

En el comienzo, el SIH utilizaba patrones pendulares. A partir de 1967 comenzó una etapa de modernización de los equipos con la incorporación de relojes de cristal de cuarzo Rhode & Schwarz.

Con el paso del tiempo y el avance de la tecnología, comenzaron a utilizarse patrones de Cesio. Sobre dichos patrones se ha realizado la definición moderna del segundo del Sistema Internacional (SI).

Esta definición dice que 1 segundo es “la duración de 9.192.631.770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio (133 Cs), a una temperatura de 0 º K”1. El IGN instaló su primer patrón de cesio a principios de la década de 1970.

Ubicación

Servicio Internacional de la Hora
Savio 1898 Villa Maipú - San Martín (1650)
Buenos Aires - Argentina

Contacto

Telefono: +54 11 4753-2323
Correo electrónico: dgomez@ign.gob.ar (Ing. Agrim. Demián Gómez)