Cosa è il giorno e quanto dura

Il ciclo del giorno e della notte è il ritmo fondamentale che scandisce la nostra esistenza, un'esperienza universale impressa nel tessuto stesso della vita sulla Terra. L'alternarsi della luce solare e dell'oscurità, con l'alba che annuncia un nuovo inizio e il tramonto che invita al riposo, è la manifestazione più evidente del passare del tempo. Questa ciclicità è il risultato diretto della rotazione del nostro pianeta sul proprio asse: mentre la Terra gira, una metà del globo è esposta alla luce del Sole, vivendo il dì, mentre l'altra metà è immersa nell'ombra, sperimentando la notte. Il confine tra queste due aree, il terminatore, si sposta continuamente sulla superficie terrestre, disegnando l'incessante avanzare del giorno.   

Tuttavia, dietro questa apparente semplicità si cela una complessità affascinante. Istintivamente, associamo la durata di un giorno a 24 ore precise. Ma cosa determina realmente questa durata? E perché, come avremo modo di scoprire, un giorno terrestre non è sempre e solo una questione di 24 ore?

La realtà astronomica ci svela che la Terra compie una rotazione completa su se stessa in un tempo leggermente inferiore, circa 23 ore e 56 minuti. Questa discrepanza è il primo indizio che ci porta a interrogarci sulla natura del "giorno" e sulla sua misurazione. La nostra esperienza quotidiana è dominata dal Sole, il nostro riferimento celeste primario. È il ritorno del Sole nella stessa posizione nel cielo che definisce il nostro concetto intuitivo di giorno. Tuttavia, la "vera" rotazione del pianeta, la sua piroetta nello spazio, è un concetto astronomico più sottile, legato non al Sole ma alle stelle lontane. Questa distinzione tra un ciclo "apparente", legato al Sole, e uno "reale", legato alle stelle, è cruciale per comprendere i diversi volti del giorno terrestre.

Per cogliere l'essenza della rotazione terrestre, dobbiamo momentaneamente distogliere lo sguardo dal Sole e rivolgerlo alle stelle più remote, quelle che appaiono come punti fissi nella volta celeste.

Questo tipo di giorno rappresenta la rotazione "intrinseca" del nostro pianeta, il suo periodo di rotazione puro, meno influenzato, su brevi scale temporali, da altri moti celesti come la sua rivoluzione attorno al Sole.   

La durata precisa del giorno siderale è di 23 ore, 56 minuti e 4,090524 secondi di tempo solare medio. In secondi, corrisponde a circa 86164,1 secondi. Questa misura è di fondamentale importanza per gli astronomi. Il tempo siderale fornisce un sistema di riferimento temporale legato alla posizione apparente delle stelle nel cielo, essenziale per programmare le osservazioni, puntare con precisione i telescopi e tracciare il moto degli oggetti celesti. Conoscere il tempo siderale locale (TSL) permette di sapere quali costellazioni e quali oggetti astronomici sono visibili sopra l'orizzonte in un dato momento e in un dato luogo. L'ora siderale locale è direttamente collegata alle coordinate celesti degli astri, in particolare all'ascensione retta (α) e all'angolo orario (H), tramite la relazione fondamentale:   

TSL=α+H

La differenza di circa 4 minuti tra la durata del giorno siderale e quella del giorno solare ha una conseguenza osservativa diretta e affascinante: si accumula giorno dopo giorno, causando il progressivo anticipo dell'ora in cui le stelle sorgono e tramontano. Questo significa che, nel corso dell'anno, le costellazioni visibili nel cielo notturno cambiano gradualmente, un fenomeno che è diretta conseguenza della definizione del giorno siderale e del contemporaneo moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole. Se la Terra ruotasse soltanto rispetto alle stelle, senza orbitare attorno al Sole, vedremmo le stesse costellazioni sorgere ogni giorno alla medesima ora solare. Invece, poiché il giorno siderale è più corto, le stelle "anticipano" la loro levata di circa 4 minuti ogni giorno solare, completando un "giro" apparente in più rispetto al Sole nel corso di un anno. Questo causa anche il moto apparente annuo del Sole attraverso le costellazioni dello Zodiaco.   

Se il giorno siderale è il riferimento per la rotazione "pura" della Terra, il giorno solare è quello che regola la nostra vita quotidiana, il nostro orologio biologico e le nostre attività.

Questo è il "giorno" a cui comunemente ci riferiamo, la cui durata media è di circa 24 ore.   

Tuttavia, il concetto di giorno solare è più sfumato di quanto sembri. Bisogna distinguere tra:

• Giorno solare vero (o apparente): È l'intervallo di tempo effettivo tra due successive culminazioni del Sole vero (il disco solare che osserviamo). La sua durata non è costante durante l'anno. Questa variabilità è dovuta principalmente a due fattori astronomici che analizzeremo più avanti: l'orbita ellittica della Terra e l'inclinazione del suo asse di rotazione.   
• Giorno solare medio: Poiché un giorno solare vero di durata variabile sarebbe estremamente scomodo per regolare la vita civile e gli orologi, è stato introdotto il concetto di giorno solare medio. Esso rappresenta una media annuale della durata del giorno solare vero ed è, per convenzione, fissato a 24 ore esatte, equivalenti a 86400 secondi. È questa unità di tempo costante che costituisce la base del nostro tempo civile.   

La necessità di definire un "giorno solare medio" evidenzia un aspetto fondamentale della misurazione del tempo: la tensione tra la regolarità richiesta per le convenzioni umane e l'intrinseca, seppur lieve, irregolarità dei moti celesti reali. Il giorno solare medio è, in un certo senso, un'idealizzazione, un modello matematico che "liscia" le fluttuazioni del Sole vero per fornirci un riferimento temporale costante.   

Un'altra conseguenza di questa complessità è che il "mezzogiorno solare", ovvero l'istante in cui il Sole vero raggiunge la sua massima altezza nel cielo (culminazione), raramente coincide con le ore 12:00 segnate dai nostri orologi. Ciò è dovuto non solo all'esistenza dei fusi orari, che standardizzano l'ora su vaste regioni geografiche, ma anche all'equazione del tempo, ovvero la differenza, variabile durante l'anno, tra il tempo solare vero e il tempo solare medio. Questa differenza può raggiungere scostamenti fino a circa +14 minuti e -16 minuti.   

Come anticipato, il giorno solare (sia vero che medio) è leggermente più lungo del giorno siderale. La differenza è di circa 3 minuti e 56 secondi. La ragione di questa discrepanza risiede nel moto orbitale della Terra, un affascinante "inseguimento" celeste che esploreremo nel dettaglio.   

Per chiarire ulteriormente le distinzioni fondamentali, la seguente tabella riassume le caratteristiche principali del giorno siderale e del giorno solare medio:

La tabella mette a confronto diretto i due tipi di giorno, evidenziando le loro differenze chiave in modo schematico per facilitare la comprensione dei concetti. 

Uno sguardo al Sistema Solare

Ogni pianeta, come la Terra, o corpo minore ruota e questo dà vita alle diverse durate del giorno solare su ciascuno di questi corpi celesti.

• Mercurio: Presenta un periodo di rotazione molto lento, di circa 59 giorni terrestri. Il suo giorno solare è ancora più lungo a causa del suo moto orbitale (anno), durando circa 176 giorni terrestri.   
• Venere: Ruota in modo estremamente lento e in direzione retrograda (opposta alla maggior parte degli altri pianeti) con un giorno siderale di circa 243 giorni terrestri. Il suo giorno solare dura circa 117 giorni terrestri.   
• Marte: Ha un periodo di rotazione di circa 24.6 ore, molto simile a quello terrestre. Il suo giorno solare è chiamato sol e dura circa 24 ore e 37 minuti.   
• Giove: Possiede il giorno più corto del sistema solare, ruotando una volta in circa 9.9 ore. Essendo un gigante gassoso, mostra una rotazione differenziale, con l'equatore che ruota leggermente più velocemente dei poli.   
• Saturno: Ruota in circa 10.7 ore. Come Giove, è un gigante gassoso con rotazione differenziale.   
• Urano: Ruota in circa 17 ore e 14 minuti. Presenta anch'esso rotazione differenziale. Il suo asse è inclinato di circa 98 gradi, facendolo ruotare su un fianco.   
• Nettuno: Ruota in circa 16 ore. Mostra anche rotazione differenziale.    

Oltre i pianeti

Comete: I periodi di rotazione delle comete variano ampiamente, da poche ore a diversi giorni. Alcune comete possono anche nutare o oscillare. Il periodo di rotazione medio è di circa 15 ore.   
Asteroidi: Anche i periodi di rotazione degli asteroidi variano significativamente, da pochi secondi a molti giorni. La maggior parte degli asteroidi ha periodi di rotazione compresi tra 4 e 24 ore. Gli asteroidi a rotazione rapida (periodi inferiori a 2.2 ore) sono spesso piccoli e potrebbero essere corpi monolitici.   
Pianeti Nani:
Cerere: Ruota in circa 9 ore.   
Plutone: Ha un periodo di rotazione di circa 6.387 giorni terrestri (circa 153 ore). È in rotazione sincrona con la sua luna più grande Caronte, quindi si rivolgono sempre la stessa faccia.   
Haumea: Ruota molto rapidamente, con un giorno di sole circa 3.9 ore, il più breve tra tutti i pianeti nani.   
Makemake: Ruota in circa 22.5 ore.   
Eris: Ruota in circa 15.79 giorni terrestri. I corpi minori del sistema solare presentano una vasta gamma di periodi di rotazione.

Comete e asteroidi mostrano una variabilità significativa, probabilmente dovuta alla loro storia di formazione e collisioni. Anche i pianeti nani hanno diverse durate del giorno, con alcuni che ruotano molto velocemente (Haumea) e altri piuttosto lentamente (Eris). La rotazione sincrona può influenzare significativamente la rotazione, come si osserva con Plutone e Caronte.   

Abbiamo stabilito che il giorno solare è più lungo del giorno siderale di quasi quattro minuti. La ragione di questa differenza risiede nella complessa "danza" celeste che la Terra compie: mentre ruota su se stessa, si muove anche lungo la sua orbita attorno al Sole. Questi due moti, rotazione e rivoluzione, sono intrinsecamente legati e la loro combinazione determina la durata del giorno solare.

Immaginiamo di osservare la Terra da un punto fisso nello spazio. Dopo che il nostro pianeta ha completato una rotazione di 360 gradi rispetto alle stelle lontane – ovvero un giorno siderale – si ritrova orientata nella stessa direzione rispetto all'universo distante. Tuttavia, durante queste circa 23 ore e 56 minuti, la Terra non è rimasta ferma nel suo percorso orbitale, ma si è spostata di un piccolo tratto lungo la sua orbita attorno al Sole. Questo spostamento orbitale è di circa 1 grado al giorno (poiché la Terra compie un'orbita di 360 gradi in circa 365 giorni).

Di conseguenza, dopo una rotazione siderale completa, il Sole non si troverà ancora esattamente nella stessa posizione apparente nel cielo (ad esempio, al meridiano) rispetto al giorno precedente. Perché ciò avvenga, la Terra deve ruotare di un ulteriore piccolo angolo, proprio per "compensare" quel grado di cui si è spostata orbitalmente. Questa rotazione aggiuntiva di circa 1 grado richiede circa 4 minuti di tempo. Ecco perché il giorno solare, che è definito dal ritorno del Sole allo stesso meridiano, dura circa 24 ore. È come se, per "raggiungere" nuovamente il Sole nella stessa posizione apparente, la Terra dovesse compiere una piccola frazione di rotazione in più rispetto a una rotazione completa rispetto alle stelle. 

Questa "danza" dei moti è un elegante esempio di come movimenti apparentemente indipendenti siano interconnessi e di come la nostra misurazione del tempo debba tenere conto di questa complessità. La necessità di "inseguire" il Sole non è un difetto del sistema, ma una conseguenza geometrica inevitabile della combinazione di due moti fondamentali.

La differenza esatta è che il giorno siderale è più corto del giorno solare medio di 3m 55,91s (secondi di tempo solare medio), mentre il giorno solare medio è più lungo del giorno siderale di 3m 56,56s (secondi di tempo siderale).

Abbiamo visto che il giorno solare vero non ha una durata costante e che il giorno solare medio è una convenzione. Ma la situazione è ancora più complessa: anche la velocità di rotazione intrinseca della Terra, e quindi la durata del giorno siderale (e di conseguenza anche la base su cui si calcola il giorno solare medio), non è perfettamente costante nel tempo. La durata del giorno terrestre è un sistema dinamico influenzato da una miriade di fattori che operano su scale temporali diversissime, dal geologico al meteorologico, rendendo il nostro pianeta un orologio naturale affascinante ma non impeccabile.

Variazioni della durata del giorno solare vero: L'Equazione del Tempo

La durata del giorno solare vero (l'intervallo tra due passaggi successivi del Sole reale al meridiano) fluttua nel corso dell'anno a causa di due effetti astronomici principali:

1. L'orbita ellittica della Terra: Secondo la Seconda Legge di Keplero, la Terra si muove più velocemente lungo la sua orbita quando è al perielio, attualmente a inizio gennaio, e più lentamente quando è all'afelio, attualmente a inizio luglio. Questa variazione della velocità orbitale fa sì che l'angolo aggiuntivo di cui la Terra deve ruotare per "raggiungere" il Sole cambi leggermente di giorno in giorno. Di conseguenza, i giorni solari veri sono più lunghi al perielio e più corti all'afelio.   
2. L'inclinazione dell'asse terrestre: L'asse di rotazione della Terra è inclinato di circa 23,5 gradi rispetto al piano dell'eclittica. A causa di questa inclinazione, il moto apparente del Sole nel cielo non avviene lungo l'equatore celeste, ma lungo l'eclittica. La proiezione di questo moto sull'equatore celeste (che è ciò che determina la "velocità" del Sole rilevante per la durata del giorno) non è uniforme nel corso dell'anno.   

L'effetto combinato di questi due fattori è descritto dall'equazione del tempo.

Variazioni a lungo e breve termine della velocità di rotazione terrestre

Oltre alle fluttuazioni del giorno solare vero, la velocità di rotazione intrinseca della Terra subisce variazioni su diverse scale temporali, influenzando la durata fondamentale del giorno (LOD, Length of Day), sia esso siderale o la base per il solare medio. Questi cambiamenti sono dovuti a:

• Interazioni mareali: L'attrazione gravitazionale esercitata principalmente dalla Luna, e in misura minore dal Sole, sulle masse d'acqua oceaniche e sulla Terra solida genera le maree. L'attrito prodotto da queste maree, in particolare dal movimento delle acque oceaniche sui fondali, agisce come un freno sulla rotazione terrestre. Questo effetto causa un graduale e lentissimo rallentamento della rotazione terrestre, portando a un allungamento secolare della durata del giorno stimato tra 1,7 e 2,3 millisecondi per secolo. Nel lontano passato, i giorni erano più corti: ad esempio, durante il Cretaceo superiore, circa 70-80 milioni di anni fa, un giorno terrestre durava circa 23 ore e 31 minuti.   
• Ridistribuzione delle masse sulla Terra e nel suo interno: La Terra non è un corpo perfettamente rigido. Qualsiasi ridistribuzione significativa di massa sulla sua superficie o al suo interno può alterare il suo momento d'inerzia e, per la conservazione del momento angolare, la sua velocità di rotazione. I principali fattori includono:
  • Scioglimento dei ghiacciai e delle calotte polari: Il riscaldamento globale sta causando una fusione accelerata dei ghiacci in Groenlandia e Antartide. L'acqua derivante da questa fusione si ridistribuisce negli oceani, spostando massa dai poli verso le regioni equatoriali. Questo processo aumenta il momento d'inerzia della Terra (analogamente a una pattinatrice che allarga le braccia per rallentare la sua piroetta), causando un rallentamento della sua rotazione. L'impatto dell'attività umana, attraverso il cambiamento climatico, sta diventando un fattore misurabile che influenza la rotazione del nostro pianeta, un'impressionante testimonianza della nostra capacità di alterare sistemi su scala globale.   
  • Processi geodinamici interni: Movimenti convettivi nel nucleo fluido esterno della Terra e nel mantello, così come le interazioni elettromagnetiche tra nucleo e mantello, possono causare variazioni nel momento d'inerzia e scambi di momento angolare, influenzando la rotazione su scale decennali e irregolari.   
  • Grandi terremoti: Terremoti di magnitudo molto elevata possono causare una ridistribuzione istantanea, seppur minima, della massa nella crosta terrestre, portando a variazioni quasi impercettibili (nell'ordine dei microsecondi) della durata del giorno.   
  • Movimenti tettonici: Su scale geologiche, anche i lenti movimenti delle placche tettoniche contribuiscono a ridistribuire le masse.   
• Scambi di momento angolare con l'atmosfera e gli oceani: L'atmosfera e gli oceani sono fluidi in movimento che possiedono un proprio momento angolare. Attraverso meccanismi di attrito e pressione, possono scambiare momento angolare con la Terra solida. Forti sistemi di venti (come i jet stream), variazioni stagionali della circolazione atmosferica e delle correnti oceaniche, e fluttuazioni della pressione atmosferica possono causare variazioni misurabili della velocità di rotazione terrestre su scale temporali che vanno da pochi giorni a stagioni e decenni. Le variazioni della LOD su queste scale temporali possono essere dell'ordine di frazioni di millisecondo fino a qualche millisecondo.   

La comprensione e la misurazione precisa di queste sottili variazioni sono di fondamentale importanza non solo per la geofisica e l'astronomia, ma anche per applicazioni pratiche come la navigazione satellitare di precisione (GPS, Galileo), la geodesia (lo studio della forma e del campo gravitazionale della Terra) e la definizione stessa delle nostre scale temporali, come vedremo discutendo del Tempo Universale Coordinato.

La tabella seguente riassume i principali fattori che causano variazioni nella durata del giorno terrestre, distinguendo tra quelli che influenzano il giorno solare vero e quelli che alterano la velocità di rotazione intrinseca del pianeta.

La tabella organizza i diversi fattori che influenzano la durata del giorno, le loro scale temporali e l'ordine di grandezza del loro impatto, aiutando a comprendere la complessità del sistema.

L'alternarsi del giorno e della notte, conseguenza diretta della rotazione terrestre, non è solo un fenomeno astronomico, ma una forza primordiale che ha plasmato profondamente l'evoluzione e la fisiologia della vita sul nostro pianeta. Quasi tutti gli organismi viventi, dagli esseri umani alle piante, fino ai microrganismi, possiedono un "orologio biologico" interno, noto come ritmo circadiano, che regola una vasta gamma di processi biologici in cicli di circa 24 ore. Il termine "circadiano" deriva dal latino circa diem, che significa appunto "intorno al giorno", sottolineando lo stretto legame tra questi ritmi endogeni e il ciclo luce-buio imposto dal nostro pianeta.   

Negli esseri umani, il ritmo circadiano governa il ciclo sonno-veglia, uno dei suoi effetti più evidenti. La luce solare percepita dalla retina agisce come principale sincronizzatore, segnalando al cervello quando è giorno e quando è notte. Durante il giorno, la produzione di ormoni come il cortisolo (spesso chiamato "ormone dello stress", ma essenziale per l'attivazione mattutina) aumenta, promuovendo la veglia e l'attività. Al calar della sera, con la diminuzione della luce, la ghiandola pineale inizia a produrre melatonina, l'ormone che induce il sonno. Oltre al sonno, i ritmi circadiani influenzano la temperatura corporea (che tipicamente scende durante la notte), la pressione sanguigna, la frequenza cardiaca, il metabolismo e la secrezione di numerosi altri ormoni, come l'ormone della crescita (rilasciato principalmente durante il sonno profondo) e la grelina (l'ormone della fame, i cui livelli fluttuano durante il giorno). Quando questi ritmi naturali vengono alterati – a causa di lavoro su turni, jet lag, eccessiva esposizione alla luce artificiale di notte o stili di vita irregolari – si possono verificare conseguenze negative per la salute, tra cui disturbi del sonno, alterazioni dell'umore, un aumento del rischio di stress cronico e una maggiore vulnerabilità a diverse patologie.   

Anche le piante possiedono sofisticati orologi circadiani che ne regolano le funzioni vitali in armonia con l'ambiente. Processi come la fotosintesi, l'apertura e la chiusura degli stomi (piccole aperture sulle foglie che regolano gli scambi gassosi), i movimenti delle foglie (alcune piante "dormono" di notte chiudendo le foglie), la crescita e persino la fioritura sono sotto il controllo circadiano. A livello molecolare, questi ritmi sono orchestrati da una complessa rete di geni "orologio". Tra questi, geni come TOC1 (TIMING OF CAB EXPRESSION 1), LHY (LATE ELONGATED HYPOCOTYL) e CCA1 (CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1) giocano un ruolo centrale. Ad esempio, studi sulla pianta Arabidopsis thaliana hanno rivelato che il gene TOC1 è particolarmente importante nel regolare la fase notturna del ciclo circadiano, contribuendo a uno stato di "dormienza" durante le ore buie. Le piante percepiscono i segnali luminosi ambientali attraverso specifici fotorecettori, come i fitocromi (sensibili alla luce rossa e rosso lontana) e i criptocromi (sensibili alla luce blu/UV-A), che "informano" l'orologio interno, permettendogli di sincronizzarsi con il ciclo luce-buio esterno. La capacità delle piante di misurare la durata del giorno e della notte è cruciale per il loro adattamento ai cambiamenti stagionali e, in prospettiva, ai cambiamenti climatici. La comprensione di questi meccanismi molecolari non è solo di interesse scientifico fondamentale, ma apre anche la strada a possibili applicazioni in agricoltura, per esempio per sviluppare colture più resilienti o per ottimizzare la crescita in ambienti controllati.   

Negli animali, i ritmi circadiani sono altrettanto pervasivi, influenzando i pattern di alimentazione, l'attività e il riposo, i comportamenti riproduttivi, le migrazioni stagionali e molte altre funzioni fisiologiche e comportamentali.   

L'esistenza di questi orologi biologici interni, così finemente sintonizzati con il ciclo diurno terrestre, è una profonda testimonianza evolutiva di come la vita si sia adattata al ritmo fondamentale imposto dalla rotazione del nostro pianeta. È un legame indissolubile tra l'astronomia del nostro sistema solare e la biologia che fiorisce sulla Terra. L'alterazione di questi ritmi ancestrali, spesso causata da stili di vita moderni che ci "disconnettono" dai cicli naturali di luce e buio, rappresenta una sfida significativa per la salute e il benessere di molte specie, inclusa la nostra.

Nonostante i progressi, tutti gli orologi meccanici e persino quelli basati sui moti celesti (come il giorno solare medio) presentavano intrinseche limitazioni di stabilità e precisione. La vera rivoluzione nella misurazione del tempo avvenne nel XX secolo con lo sviluppo degli orologi atomici. Questi strumenti sfruttano le transizioni energetiche estremamente regolari all'interno degli atomi.

Oggi, il secondo nel Sistema Internazionale di unità di misura (SI) è definito in base a una proprietà fondamentale dell'atomo di cesio-133.

Gli orologi atomici, che realizzano questa definizione, sono in grado di mantenere il tempo con una precisione sbalorditiva, con errori dell'ordine di un nanosecondo (un miliardesimo di secondo) al giorno o anche meno.   

Il Tempo Universale Coordinato (UTC) e i secondi intercalari

La straordinaria stabilità degli orologi atomici ha portato alla creazione del Tempo Atomico Internazionale (TAI), una scala temporale continua e ultra-precisa. Tuttavia, per scopi civili e per molte applicazioni pratiche, è desiderabile avere una scala temporale che rimanga approssimativamente sincronizzata con il giorno solare medio, ovvero con la rotazione della Terra. Per questo motivo è stato introdotto il Tempo Universale Coordinato (UTC), che è oggi lo standard temporale globale.   

L'UTC è fondamentalmente basato sul TAI, ma viene periodicamente aggiustato per tener conto del fatto che la rotazione terrestre sta gradualmente rallentando (principalmente a causa delle forze mareali, come discusso in precedenza) e che la sua velocità può subire fluttuazioni irregolari. Questi aggiustamenti sono noti come secondi intercalari (leap seconds). Quando la differenza tra l'UTC e il tempo basato sulla rotazione terrestre (chiamato UT1) si avvicina a 0,9 secondi, l'International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) – l'ente responsabile del monitoraggio della rotazione terrestre – può decidere di inserire un secondo intercalare. Questo avviene tipicamente alla fine del 30 giugno o del 31 dicembre, facendo sì che l'ultimo minuto di quel giorno duri 61 secondi.   

Il dibattito sull'abolizione dei Secondi Intercalari

L'introduzione dei secondi intercalari, sebbene utile per mantenere l'UTC allineato con il giorno solare, crea delle discontinuità nella scala temporale. Queste discontinuità possono causare problemi significativi ai moderni sistemi digitali, alle reti di telecomunicazione, ai mercati finanziari e ai sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS), che richiedono una scala temporale continua e prevedibile.   

Per questi motivi, da anni è in corso un acceso dibattito scientifico e tecnico sull'opportunità di abolire i secondi intercalari. Nel novembre 2022, la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM) ha adottato una risoluzione storica: ha deciso che, entro il 2035 o prima, il valore massimo tollerato per la differenza tra UTC e UT1 sarà aumentato in modo significativo. Questo cambiamento implica che l'UTC non sarà più strettamente vincolato a UT1 come lo è oggi, e i secondi intercalari non saranno più necessari con la frequenza attuale, o potrebbero essere eliminati del tutto per almeno un secolo. Si tratterebbe di uno svincolamento del tempo civile dalle fluttuazioni della rotazione terrestre, privilegiando la continuità e la stabilità del tempo atomico per le infrastrutture tecnologiche globali.   

A complicare ulteriormente il quadro, recenti osservazioni avevano indicato una lieve accelerazione della rotazione terrestre (come nel 2020), che, se fosse continuata, avrebbe potuto portare alla necessità senza precedenti di un "secondo intercalare negativo" (cioè, sottrarre un secondo). Tuttavia, il continuo scioglimento dei ghiacciai polari, che tende a rallentare la rotazione terrestre, sembra aver posticipato o annullato questa eventualità per il momento. Questa dinamica complessa sottolinea le sfide continue nella gestione e sincronizzazione del tempo in un pianeta in continua evoluzione.  

La rotazione terrestre sul proprio asse fa sì che diverse parti del pianeta ricevano la luce solare in momenti differenti. Se non esistessero i fusi orari, il mezzogiorno solare, il momento in cui il Sole raggiunge il punto più alto nel cielo, si verificherebbe a orari diversi a seconda della longitudine, generando una notevole confusione. Nel corso del XIX secolo, l'avvento delle ferrovie e del telegrafo rese impellente la necessità di una standardizzazione del tempo. La coesistenza di numerosi orari locali rendeva difficoltosa la gestione degli orari dei treni e ostacolava la comunicazione efficiente su lunghe distanze. Questa esigenza, quindi, non scaturì unicamente dal ciclo diurno, ma fu significativamente accentuata dai progressi tecnologici che intensificarono l'interconnessione globale.   

Una prospettiva storica

Prima della fine del XIX secolo, la maggior parte delle località utilizzava il proprio tempo solare locale. Fu l'ingegnere ferroviario canadese Sir Sandford Fleming a proporre, nel 1878, la divisione del mondo in 24 fusi orari per uniformare l'ora, specialmente per le esigenze delle ferrovie. La sua idea prevedeva 24 zone, ciascuna estesa per 15 gradi di longitudine, con una differenza di un'ora tra zone adiacenti. Nel 1883, le compagnie ferroviarie degli Stati Uniti adottarono il sistema di fusi orari di Fleming. Un passo fondamentale verso la coordinazione globale fu la Conferenza Internazionale del Meridiano tenutasi a Washington D.C. nel 1884. In questa occasione, venne ufficialmente adottato il Meridiano di Greenwich come meridiano principale (0 gradi di longitudine), stabilendo così la base per i fusi orari a livello mondiale. La standardizzazione dei fusi orari si rivelò una risposta diretta alle sfide pratiche derivanti dalla crescente velocità e distanza dei viaggi e delle comunicazioni. La scelta del Meridiano di Greenwich rappresentò un progresso significativo verso una coordinazione globale.   

Il funzionamento dei fusi orari

La Terra è convenzionalmente suddivisa in circa 24 regioni longitudinali, ognuna idealmente ampia 15 gradi (360 gradi / 24 ore = 15 gradi/ora). All'interno di ciascun fuso orario, si osserva un orario standard uniforme, che rappresenta uno scostamento rispetto al Tempo Universale Coordinato (UTC). L'UTC è evoluto dal Greenwich Mean Time (GMT), originariamente basato sull'ora dell'Osservatorio Reale di Greenwich. L'UTC è mantenuto da orologi atomici distribuiti in tutto il mondo ed è estremamente preciso. I fusi orari sono definiti dal loro scostamento dall'UTC, che varia da UTC-12:00 a UTC+14:00. Alcune regioni adottano scostamenti di mezz'ora o di un quarto d'ora (ad esempio, India UTC+5:30, Nepal UTC+5:45).

I confini politici e le esigenze pratiche spesso portano a fusi orari con forme irregolari. In alcune regioni si osserva l'Ora Legale (DST), durante la quale gli orologi vengono spostati avanti di un'ora nei mesi estivi.

La Linea Internazionale del Cambio di Data (IDL), che segue approssimativamente la linea di longitudine a 180°, segna il confine in cui la data del calendario cambia. Attraversando la IDL verso ovest, la data avanza di un giorno, mentre attraversandola verso est diminuisce di un giorno. La IDL devia in corrispondenza di alcuni territori per ragioni di convenienza. Il sistema dei fusi orari è una complessa interazione di principi astronomici, decisioni politiche e considerazioni pratiche. Sebbene idealmente basati su fasce di 15 gradi di longitudine, i confini reali dei fusi orari sono spesso modificati per la comodità umana. L'UTC funge da fondamento stabile, basato sull'orologio atomico, per questo sistema.