La rotación de la Tierra sobre sí misma no es constante a escala de los tiempos geológicos. Análisis paleontológicos de corales fósiles y estromatolitos indican que hace 400 millones de años, un año terrestre comprendía aproximadamente 420 días. Este fenómeno se explica por leyes físicas fundamentales relacionadas con la conservación del momento cinético y la interacción gravitacional entre la Tierra y la Luna.
El principal motor del frenado es la fuerza de marea ejercida por la Luna. Esta fuerza crea una deformación de la Tierra sólida y fluida. Debido a la viscosidad del manto terrestre y la inercia de los océanos, este abultamiento de marea no apunta directamente hacia la Luna, sino ligeramente hacia adelante, generando un par de frenado. Este par tiende a transferir el momento angular de la rotación de la Tierra al movimiento orbital de la Luna, que entonces se aleja gradualmente de nosotros (aproximadamente 3,8 cm/año).
Esta transferencia de energía implica una disipación térmica (principalmente en los océanos) y provoca un frenado de la rotación terrestre. La duración media del día aumenta actualmente en aproximadamente 1,7 milisegundos por siglo. Esta variación puede parecer pequeña, pero acumulada durante millones de años, se vuelve significativa.
La Tierra gira sobre sí misma alrededor de un eje imaginario, inclinado y orientado hacia el polo norte celeste. En el ecuador, esta rotación genera una velocidad de superficie de aproximadamente 1674,364 km/h. Durante mucho tiempo considerada como una base de referencia universal, esta rotación servía para medir el tiempo con precisión. Pero en realidad, esta velocidad no es ni constante ni perfectamente regular: la Tierra experimenta fluctuaciones sutiles pero medibles, lo que lleva a desincronizaciones del tiempo.
Desde la década de 1960, estas irregularidades se han traducido en la adición de segundos intercalares para compensar el frenado progresivo de la rotación. En total, se han añadido 34 segundos para mantener la alineación entre el tiempo atómico y el tiempo astronómico. Así, algunos minutos duran 61 segundos. Este fenómeno, aunque marginal a corto plazo, subraya la necesidad constante de reevaluar nuestra definición del tiempo.
La inestabilidad de la rotación terrestre se debe a un conjunto de factores internos y externos. La Tierra no es un cuerpo perfectamente rígido: sus diferentes capas — núcleo metálico, manto, corteza, atmósfera — interactúan dinámicamente y de manera no sincrónica. La Luna, a través de sus efectos de marea, ha actuado durante miles de millones de años como un freno natural sobre la rotación del manto terrestre. Pero otros cuerpos del sistema solar, como los planetas y el Sol, también contribuyen a este frenado a través de la gravedad.
Fenómenos geofísicos puntuales también modulan la duración del día: deriva de los continentes, terremotos mayores, corrientes oceánicas, eventos meteorológicos intensos. Estos efectos pueden acelerar o frenar la rotación en unos pocos microsegundos. Nuestro planeta está en realidad "sacudido" sobre el tejido cuadridimensional del espacio-tiempo, un trampolín cósmico curvado por la masa de las estrellas. Estos flujos gravitacionales caóticos, predichos por la relatividad general, influyen permanentemente en el comportamiento inercial de la Tierra.
En 1967, el segundo fue redefinido atómicamente, basado en 9,192,631,770 oscilaciones del átomo de cesio-133. Pero esta definición no divide perfectamente el día sidéreo o solar. Un pequeño error subsiste, amplificado por las variaciones naturales mencionadas anteriormente.
Estas fluctuaciones hacen necesaria una vigilancia continua de la duración del día. Los sistemas de medición del tiempo deben resincronizarse regularmente para garantizar una coherencia temporal entre instrumentos terrestres y espaciales. Esta precisión es crucial para las tecnologías modernas, en particular para los sistemas de navegación global como el GPS. A 20,000 km de altitud, un desfase de unos pocos microsegundos en el cálculo del tiempo induciría un error de posicionamiento de varios cientos de metros en la superficie terrestre.
Por esta razón, organismos como el IERS (Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia) vigilan permanentemente las variaciones de la rotación terrestre. Estas observaciones permiten ajustes periódicos del tiempo legal mundial y garantizan la fiabilidad de los sistemas dependientes del tiempo.
Desde 1972, el Tiempo Universal Coordinado (UTC) se ajusta ocasionalmente mediante la adición de segundos intercalares para compensar el frenado irregular de la rotación de la Tierra con respecto al tiempo atómico. Este segundo adicional se inserta de manera impredecible, típicamente a finales de junio o diciembre, para mantener la diferencia entre el UTC y el tiempo universal UT1 por debajo de 0,9 segundos. Aunque científicamente justificado, este proceso resulta problemático para los sistemas informáticos globales.
La inserción de un segundo intercala una discontinuidad temporal. Muchos sistemas informáticos y redes globales, en particular los utilizados para la navegación por satélite (GNSS), las transacciones financieras o las infraestructuras de telecomunicación, funcionan con un requisito de tiempo continuo, estrictamente monótono. La adición repentina de un segundo rompe esta continuidad y puede provocar errores de sincronización, interrupciones del servicio o incluso fallos críticos.
Se han reportado incidentes mayores en varias ocasiones durante la inserción de estos segundos: paradas de servidores, bloqueos de sistemas GPS, malfuncionamientos de software embebido. La creciente complejidad de la sincronización global hace que esta operación sea cada vez más costosa y riesgosa. En 2012, por ejemplo, un segundo intercalar causó fallos en los sistemas de compañías aéreas y redes sociales, ilustrando la creciente inadecuación de este método con las necesidades digitales modernas.
Ante estos desafíos, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM), con el acuerdo de las grandes potencias científicas, votaron en noviembre de 2022 el abandono de los segundos intercalares a partir de 2035. El sistema UTC se desincronizará entonces gradualmente del tiempo astronómico (UT1), pero esta deriva será lenta: aproximadamente un segundo cada 50 a 100 años, dependiendo de la evolución de la rotación terrestre.
Este compromiso técnico garantiza una continuidad perfecta del tiempo para los sistemas digitales, dejando a las generaciones futuras la decisión, a más largo plazo, de un eventual reajuste. Ya se habla de la posibilidad de un ajuste mucho más espaciado, por ejemplo, de un minuto entero cada 500 o 1000 años. Este cambio histórico marca una ruptura entre el tiempo civil y el tiempo astronómico, pero refleja la necesidad de una convención temporal adaptada a la era digital.
La medición de la rotación de la Tierra se basa en una combinación de métodos astronómicos, geodésicos y físicos de alta precisión. Históricamente, es la observación de los astros, en particular el Sol y las estrellas, lo que ha permitido definir la noción de día. Hoy en día, las técnicas modernas permiten medir las variaciones de la duración del día con una precisión de hasta el microsegundo.
El método más antiguo se basa en el tiempo sidéreo, es decir, el tiempo entre dos pasajes sucesivos de la misma estrella por el meridiano local. Este período de rotación, llamado día sidéreo, dura aproximadamente 23 horas 56 minutos 4,0905 segundos. Es ligeramente más corto que el día solar medio, que dura 24 horas, debido a la revolución de la Tierra alrededor del Sol. La comparación entre estos dos tiempos revela diferencias sutiles en la rotación de la Tierra.
Desde mediados del siglo XX, la llegada del reloj atómico ha revolucionado la metrología del tiempo. El segundo ahora se define de manera absoluta, basada en las oscilaciones hiperfinas del átomo de cesio-133. En 1967, la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) fijó esta definición en 9,192,631,770 oscilaciones por segundo. El Tiempo Atómico Internacional (TAI) se ha convertido así en la referencia absoluta para el tiempo físico.
La comparación entre el TAI y la rotación real de la Tierra (medida por técnicas astronómicas) permite detectar discrepancias. Estas discrepancias se compilan en un tiempo universal corregido, llamado UTC (Tiempo Universal Coordinado), al que se añaden o restan segundos intercalares cuando la diferencia entre TAI y UT1 supera 0,9 segundos.
La rotación de la Tierra también se mide mediante técnicas geodésicas espaciales como el VLBI (Interferometría de Base Muy Larga), que utiliza señales de radio emitidas por cuásares muy distantes para determinar la posición exacta de estaciones terrestres en diferentes latitudes. Esta técnica es capaz de detectar variaciones minúsculas en la orientación de la Tierra, incluyendo la nutación, la precesión y el movimiento de los polos.
Otras herramientas contribuyen a la medición precisa de la rotación de la Tierra:
Finalmente, el Servicio Internacional de Rotación de la Tierra (IERS) coordina todas estas mediciones y publica regularmente los parámetros de rotación de la Tierra, esenciales para aplicaciones científicas, telecomunicaciones, astronomía y navegación espacial.
El frenado de la rotación de la Tierra tiene varias consecuencias físicas, astronómicas y climáticas. A muy largo plazo (varios miles de millones de años), si la tendencia continúa, la Tierra podría alcanzar un estado de rotación síncrona con la Luna: un día terrestre duraría entonces tanto como un mes lunar, y la Luna permanecería visible desde un solo hemisferio terrestre, como ya es el caso inversamente para nosotros.
En paralelo, este frenado se integra en los sistemas de medición del tiempo. El tiempo universal (UT1), basado en la rotación de la Tierra, diverge lentamente del tiempo atómico internacional (TAI). Para mantener esta coherencia, se añaden segundos intercalares de manera irregular al tiempo universal coordinado (UTC). Sin embargo, este proceso será abandonado a partir de 2035 debido a su complejidad para los sistemas digitales globales.
Finalmente, a escalas más amplias, la disipación de la energía de marea juega un papel importante en la evolución dinámica de los sistemas planetarios. Este mecanismo, llamado fricción de marea, también afecta a los sistemas exoplanetarios, en particular en el bloqueo gravitacional de ciertas exoplanetas con respecto a su estrella.
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