O tique-taque do relógio mundial depende de centenas de osciladores atômicos posicionados em todo o globo

Existem 24 fusos horários em todo o mundo. Crédito da imagem: Getty Images

Você já se perguntou como o relógio mundial funciona para manter todos em sincronia? Vivemos em fusos horários diferentes, mas de Nova York a Melbourne, um segundo é sempre um segundo. 

QUANDO COMEÇAMOS A USAR O RELÓGIO MUNDIAL?

O UTC, ou relógio mundial, existe desde o primeiro dia da década de 1960, logo após Louis Essen construir o primeiro relógio atômico. Este relógio de precisão prometia resolver o problema secular dos ponteiros dos segundos rodando muito rápido ou muito devagar.

Antes da década de 1950, os relógios mais precisos usavam cristais de quartzo vibrantes para marcar o tempo, mas os segundos flutuavam diariamente. A invenção de Essen usou as propriedades quânticas dos átomos de césio para manter os cristais em sincronia.

Agora, mais de 400 relógios atômicos extremamente estáveis registram o tempo em todo o mundo. Cada um transmite um sinal para o International Bureau of Weights and Measures na França. O Bureau os compara uma vez por mês para chegar a um número final chamado Tempo Atômico Internacional (TIA). Cada relógio recebe um peso diferente no cálculo, dependendo de quão estável ele é.

O tempo atômico é tão preciso que a própria Terra não consegue acompanhar. Em teoria, nosso planeta gira em seu eixo uma vez a cada 24 horas. Mas, na prática, a rotação da Terra é ligeiramente irregular. Ela flutua de um dia para o outro e está diminuindo gradualmente. 

A irregularidade na rotação da Terra significa que o Tempo Atômico Internacional agora está correndo 37 segundos mais rápido Se acertássemos nossos relógios, logo estaríamos acordando para o café da manhã no meio da noite.

Para dar conta dessa variação natural, o relógio mundial também leva em consideração a rotação da Terra. O Serviço Internacional de Rotação da Terra e Sistemas de Referência (IERS) medem o tempo da Terra, conhecido como Tempo Universal, observando as estrelas passarem enquanto o planeta gira. Eles então combinam isso com o Tempo Atômico Internacional para obter um valor final para o Tempo Universal Coordenado.

QUAL É A PRECISÃO DO RELÓGIO MUNDIAL?

Para evitar que os relógios atômicos corram enquanto a Terra desacelera, o IERS tenta manter o Tempo Universal Coordenado e o Tempo Universal a 0,9 segundos um do outro. Isso envolve fazer ajustes regulares chamados 'segundos bissextos'. 

O primeiro segundo bissexto foi adicionado em 1972, e houve mais 26 desde então. Em alguns anos houve mais de um, em outros anos não houve nenhum. Em 2020, a rotação da Terra realmente acelerou, fazendo as pessoas se perguntarem se precisaríamos remover um segundo bissexto pela primeira vez.

As oscilações naturais de um átomo são mais estáveis ??do que um pêndulo de relógio regular. Crédito da imagem: Getty Images

A INVENÇÃO DO TEMPO

Os humanos vêm medindo o tempo há dezenas de milhares de anos. Desde o início de nossa espécie, usamos a rotação da Terra para acompanhar o dia, primeiro com os olhos e depois com os relógios de sol. Nosso maior desafio para começar foi ser capaz de contar as horas no escuro, especialmente nas profundezas do inverno, quando os dias eram curtos. As soluções incluíam medir o fluxo de areia ou água ou rastrear o comprimento de uma vela acesa. 

Os primeiros relógios mecânicos não apareceram até o Renascimento. Eles usavam pesos para mover rodas para tocar sinos indicando as horas. Mais tarde, os inventores substituíram a gravidade por molas e rodas giratórias por pêndulos oscilantes. Finalmente, no século 20, os primeiros relógios de quartzo foram inventados, dando lugar ao tempo atômico.

COMO FUNCIONAM OS RELÓGIOS ATÔMICOS?

Os relógios usam osciladores para manter o tempo. Esses dispositivos têm um comportamento periódico, oscilando para frente e para trás em um ritmo regular, como um pêndulo. Quanto mais rápido o balanço, mais preciso o relógio. 

O oscilador de relógio mais comum é um cristal de quartzo. Ele vibra milhares de vezes por segundo, gerando uma onda que sobe e desce em um padrão previsível. O problema é que não é completamente estável. 

Tarefas de tempo crítico, como mover naves espaciais, exigem relógios que podem medir o tempo em bilionésimos de segundo. Relógios de quartzo não podem fornecer esse nível de precisão.

Para contornar isso, os físicos bloquearam os cristais de quartzo à ressonância natural dos átomos. Quando expostos a frequências precisas, os átomos mudam seu estado de energia. A detecção dessas alterações possibilita o monitoramento da vibração dos cristais de quartzo. Assim, quando os relógios de quartzo perdem o tempo, podemos corrigi-los instantaneamente.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Você pode aprender mais sobre a história da preservação do tempo assistindo a esta palestra TED de Karen Mensing. 
• Para ver a hora atual em países de todo o mundo, visite The Clock for Everyone online. 

BIBLIOGRAFIA

• "Mapa de fuso horário." Time and Date (1995-2022). 
• "Relógios ópticos atômicos ultraprecisos podem redefinir a duração de um segundo." Live Science (2022).
• "Tempo Universal Coordenado." Enciclopédia Britânica (2022). 
• "Louis Essen." Biblioteca Física Nacional (2022).
• "Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)." Associação Internacional de Geodésia (2011-2013).
• "What is NIST time or UTC(NIST)?" NIST (2022). 
• "A rotação da Terra diminuiu. Mas ainda podemos precisar de um segundo salto negativo." Live Science (2021).
• "Primeira Ampulheta." Guinness World Records.
• "Primeiro relógio mecânico." O Museu Seiko Ginza (2022). 
• "O que é um relógio atômico?" NASA (2019).

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Referência:

MEARS, Laura. World clock: What is it and how does it work? Space, Nova York, 25, ago. 2022. References. Disponível em: <https://www.space.com/world-clock>. Acesso em: 29, ago. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.