La hora de Pekín no es el tiempo natural; el tiempo solar verdadero era el 'estándar' usado por los antiguos

Prefacio

Antes de los relojes modernos y la "hora de Pekín", los antiguos medían el tiempo principalmente observando los fenómenos celestes. El método más común era determinar las horas observando la posición del sol y los cambios en las sombras. Al mediodía, la sombra era más corta; al amanecer y al atardecer, más larga. Estas leyes naturales formaron la base de los calendarios antiguos y los cálculos de las artes adivinatorias.

Por lo tanto, artes tradicionales como los Ocho Caracteres, los Ocho Trigramas, Qi Men y Liu Ren, al deducir el auge y declive de los Cinco Elementos, originalmente no se basaban en la hora de Pekín a la que estamos acostumbrados hoy, sino en el tiempo solar verdadero, más cercano a la naturaleza.

La hora de Pekín es un tiempo administrativo moderno, basado en el meridiano 120° del huso horario UTC+8, que unifica los horarios de todo el país. El tiempo solar verdadero, en cambio, se calcula según la longitud local y la posición real del sol en el cielo, variando según el lugar. En otras palabras, en un mismo instante de la hora de Pekín, el tiempo solar verdadero en Pekín, Chongqing y Urumqi será diferente.

Por esta razón, solo el tiempo solar verdadero puede reflejar con precisión el estado espacio-temporal local. Si se usa la hora de Pekín indiscriminadamente, es fácil desviarse de la lógica espacio-temporal original establecida por las artes adivinatorias antiguas.

Para calcular el tiempo solar verdadero, primero se debe partir del tiempo solar medio. Debido a que la rotación y la traslación de la Tierra no son uniformes, la velocidad aparente del sol en la esfera celeste varía, generando una diferencia entre el tiempo solar verdadero y el tiempo solar medio, conocida como la ecuación del tiempo. El tiempo solar medio es un tiempo ideal promediado artificialmente, mientras que el tiempo solar verdadero es el momento correspondiente a la posición real del sol en el cielo cada día.

Conceptos clave

El proceso para calcular el tiempo solar verdadero es el siguiente:

1. Tiempo solar medio: Es el tiempo promedio calculado a partir de la longitud local y la hora estándar (como la hora de Pekín).

2. Ecuación del tiempo: Según la trayectoria real del sol, esta diferencia se usa para ajustar el tiempo solar medio.

3. Tiempo solar verdadero: Se obtiene sumando la ecuación del tiempo al tiempo solar medio, siendo el tiempo preciso basado en la posición astronómica local.

Tiempo solar verdadero

El tiempo solar verdadero (True Solar Time, TST) se calcula basándose en la posición del sol en el cielo, y difiere del tiempo estándar (como el Tiempo Universal Coordinado UTC o la hora local), ya que refleja la posición real del sol en diferentes lugares de la Tierra cada día. El tiempo solar verdadero varía con la duración del día, es decir, la órbita elíptica de la Tierra y la inclinación de su eje hacen que el tiempo solar no sea uniforme cada día. La diferencia entre el tiempo solar verdadero y el tiempo estándar se denomina ecuación del tiempo (Equation of Time, EoT).

Ecuación del tiempo

Calcular el tiempo solar verdadero es un paso crucial. Sin embargo, antes de obtener el tiempo solar verdadero, primero se debe calcular el tiempo solar medio. El tiempo solar medio se calcula basándose en la velocidad promedio de rotación de la Tierra y está relacionado con el "sol medio" en astronomía. En cambio, el tiempo solar verdadero se calcula basándose en la velocidad real de rotación de la Tierra y la forma elíptica de su órbita, reflejando la posición real del sol en el cielo cada día. Debido a que la velocidad de rotación de la Tierra no es constante, existe una diferencia entre el tiempo solar verdadero y el tiempo solar medio, conocida como ecuación del tiempo.

Tiempo solar medio

El tiempo solar medio (Mean Solar Time) se calcula mediante la velocidad promedio de rotación de la Tierra, asumiendo que el sol se mueve uniformemente cada día. En astronomía, el tiempo solar medio está relacionado con el "sol medio", un cuerpo celeste hipotético que se mueve a velocidad constante a lo largo del ecuador terrestre, representando la tasa promedio de rotación de la Tierra.

Características del tiempo solar medio:

1. Constancia: El tiempo solar medio asume que el sol se mueve uniformemente en la esfera celeste cada día, proporcionando un estándar de tiempo fijo para la vida diaria.

2. Unidad de tiempo consistente: Cada día de tiempo solar medio tiene una duración constante (24 horas), mientras que la duración del día en tiempo solar verdadero varía ligeramente debido a la forma de la órbita terrestre y la inclinación del eje.

3. Ecuación del tiempo: La diferencia entre el tiempo solar verdadero y el tiempo solar medio se llama ecuación del tiempo, que varía a lo largo del año, alcanzando hasta unos 16 minutos.

El tiempo solar medio se utiliza comúnmente como base para los sistemas de reloj modernos (como la hora local y la hora universal), ya que proporciona un estándar de tiempo simple y relativamente preciso. El tiempo solar medio local también se puede ajustar mediante la longitud local para reflejar la hora estándar local.

Comparación de dos fórmulas para calcular el tiempo solar medio

Compararemos estas dos fórmulas con los mismos parámetros para calcular el tiempo solar medio de una ciudad específica (por ejemplo, Chongqing, longitud este 106.55 grados), utilizando diferentes bases de tiempo (hora de Pekín y UTC). Supongamos que la hora de Pekín es 17:58.

Parámetros:

• Hora de Pekín: 17:58
• Hora UTC: Hora de Pekín - 8 horas = 09:58
• Longitud local: 106.55 grados (Chongqing)
• Longitud estándar (China): 120 grados (longitud de referencia de la hora estándar de China)
• Desplazamiento horario: +8 horas (Chongqing está en UTC+8)

1. Fórmula 1: Tiempo solar medio = Hora de Pekín + [(Longitud local - 120) × 4 minutos]

Pasos de cálculo:

1. Hora de Pekín = 17:58
2. Longitud local = 106.55 grados
3. Longitud de referencia = 120 grados
4. Diferencia = 106.55 - 120 = -13.45 grados
5. Diferencia horaria = -13.45 grados × 4 minutos/grado = -53.8 minutos = -53 minutos 48 segundos
6. Tiempo solar medio = 17:58 - 53 minutos 48 segundos ≈ 17:04:12

Resultado:

Tiempo solar medio ≈ 17:04:12 (basado en la hora de Pekín)

2. Fórmula 2: LMST (Tiempo solar medio local) = UTC + (Longitud local / 15) - Desplazamiento horario

Pasos de cálculo:

1. Hora UTC = Hora de Pekín - 8 horas = 09:58
2. Longitud local = 106.55 grados
3. Dividir longitud entre 15: 106.55 / 15 ≈ 7.103 horas ≈ 7 horas 6 minutos
4. Desplazamiento horario = +8 horas (Chongqing en UTC+8)
5. LMST = 09:58 + 7 horas 6 minutos - 8 horas
6. LMST = 09:58 + 07:06 - 08:00 = 09:04

Resultado:

LMST ≈ 09:04 (basado en la hora UTC)

Comparación:

Resumen:

• Fórmula 1 asume que usas la hora de Pekín como referencia, adecuada para cálculos dentro de China o en UTC+8, simple pero limitada.
• Fórmula 2 se basa en el tiempo UTC estándar global, adecuada para manejar problemas de husos horarios en todo el mundo, con mayor universalidad. Si necesitas manejar tiempos de diferentes países o zonas horarias, esta fórmula es más adecuada. Usaremos esta fórmula como método de cálculo.

Pasos para calcular el tiempo solar verdadero

1. Calcular el tiempo solar medio local (Local Mean Solar Time, LMST): El tiempo solar medio local se basa en la rotación promedio de la Tierra, una corrección simple de la hora estándar con la longitud.

Fórmula: LMST = UTC + (Longitud local / 15) - Desplazamiento horario

• UTC: Tiempo Universal Coordinado

• Longitud local: en grados, este positivo, oeste negativo

• Desplazamiento horario: en horas, este positivo, oeste negativo

• Calcular la ecuación del tiempo (EoT): La ecuación del tiempo refleja la diferencia entre el tiempo solar verdadero y el tiempo solar medio local. Esto se debe principalmente a la excentricidad de la órbita terrestre y la inclinación del eje terrestre. La EoT varía con la fecha y se puede aproximar con una fórmula:

Fórmula aproximada: EoT = 9.87 * sin(2B) - 7.53 * cos(B) - 1.5 * sin(B)

Donde: B = 360 * (n - 81) / 365

• n: es el día del año (1 de enero es 1, 31 de diciembre es 365 o 366).

• La unidad de EoT es minutos.

• Calcular el tiempo solar verdadero: Sumar la ecuación del tiempo al tiempo solar medio local para obtener el tiempo solar verdadero.

Fórmula: TST = LMST + EoT/60

Donde EoT debe convertirse a horas.

Pasos detallados:

Supongamos que deseas calcular el tiempo solar verdadero de Pekín, asumiendo que el Tiempo Universal Coordinado (UTC) es 12:00 y la fecha es 6 de octubre de 2024:

1. Tiempo solar medio local (LMST):
2. La longitud de Pekín es aproximadamente 116.4 grados.
3. El huso horario de Pekín es UTC+8.

LMST = UTC + (Longitud local / 15) - Desplazamiento horario LMST = 12:00 + (116.4 / 15) - 8 = 12:00 + 7.76 - 8 = 11:46

1. Calcular la ecuación del tiempo (EoT):

2. Supongamos que la fecha es 6 de octubre de 2024, que es el día 280 del año. B = 360 * (280 - 81) / 365 = 360 * 199 / 365 ≈ 196.38 grados

3. Sustituir en la fórmula de la ecuación del tiempo: EoT = 9.87 * sin(2 * 196.38) - 7.53 * cos(196.38) - 1.5 * sin(196.38) Mediante cálculo, se obtiene: EoT ≈ -10.5 minutos

4. Tiempo solar verdadero (TST): TST = LMST + EoT/60 TST = 11:46 - 10.5/60 = 11:35:30

Ejemplo de código (JavaScript)

Puedes usar JavaScript o un lenguaje similar para implementar el cálculo del tiempo solar verdadero. Aquí hay un ejemplo simple (usando el plugin de dayjs):

import dayjs from 'dayjs';
import utc from 'dayjs/plugin/utc';
import timezone from 'dayjs/plugin/timezone';
import dayOfYear from 'dayjs/plugin/dayOfYear';

dayjs.extend(utc);
dayjs.extend(timezone);
dayjs.extend(dayOfYear);

/**
 * Calcular el tiempo solar verdadero (mostrar en hora local)
 * @param {string|Date} date Hora estándar local de entrada (ej. '2024-10-06 12:00:00', zona horaria especificada por timezoneStr)
 * @param {number} longitude Longitud (este positivo, oeste negativo), ej. Pekín 116.4
 * @param {string} timezoneStr Nombre de zona horaria IANA, ej. 'Asia/Shanghai'
 * @param {number} tzOffsetHours Desplazamiento horario (horas), ej. UTC+8 = 8
 */
function calculateTrueSolarTimeLocal(date, longitude, timezoneStr, tzOffsetHours) {
  // 1) Hora estándar local LST
  const lst = dayjs.tz(date, timezoneStr);

  // 2) Longitud estándar LSTM = 15 * zona horaria
  const LSTM = 15 * tzOffsetHours;

  // 3) Tiempo solar medio local LMST (expresado en la hora del reloj local)
  const deltaHours = (longitude - LSTM) / 15; // horas
  const lmst = lst.add(deltaHours, 'hour');

  // 4) Ecuación del tiempo EoT (minutos)
  const n = lmst.dayOfYear(); // día del año (usar la fecha local para n es suficiente)
  const Bdeg = (360 * (n - 81)) / 365;
  const Brad = (Math.PI / 180) * Bdeg;
  const EoT = 9.87 * Math.sin(2 * Brad) - 7.53 * Math.cos(Brad) - 1.5 * Math.sin(Brad); // minutos

  // 5) Tiempo solar verdadero TST (expresado en la hora del reloj local)
  const tst = lmst.add(EoT, 'minute');

  return tst.format('YYYY-MM-DD HH:mm:ss');
}

// Ejemplo: 2024-10-06 12:00 (hora estándar local), Pekín 116.4°E, UTC+8
const result = calculateTrueSolarTimeLocal('2024-10-06 12:00:00', 116.4, 'Asia/Shanghai', 8);
console.log(result);

Resumen

1. Tiempo solar verdadero se calcula según la posición del sol, con una desviación respecto al tiempo solar medio (hora local).
2. Ecuación del tiempo (EoT) es clave para calcular la diferencia entre el tiempo solar verdadero y el tiempo solar medio.
3. Se puede calcular el tiempo solar verdadero usando código según la longitud geográfica y el Tiempo Universal Coordinado.