La ciencia detrás del año bisiesto

Este artículo fue publicado originalmente en Motherboard, nuestra plataforma de ciencia y tecnología.

Si divides 2016 entre cuatro obtienes 504 números enteros. No necesitamos ningún recordatorio de por qué el 2016, al igual que años próximos como el 2020, 2024, y el 2028 (y así sucesivamente) son bisiestos y tenemos un día extra, el 29 de febrero.

Este patrón se repetirá hasta el 2100. Ese será el año en el que el ciclo se rompa. Aunque se puede dividir exactamente 2100 entre 4, hay una excepción para los años cuyos números se pueden dividir exactamente entre 100 (y no es todo, también hay otra excepción para los años que se pueden dividir exactamente entre 400. Así que 2400 será un año bisiesto. Ya lo pueden ir anotando en su calendario).

¿Por qué empezó esta costumbre cuatrienal?

Fue por las estrellas, obviamente.

Ciclos celestiales

Cuando uno ve las estrellas noche tras noche, mes tras mes y año tras año se convierten en viejas amigas. Se quedan por una temporada y luego, siguen su camino, o más bien, somos nosotros quienes seguimos nuestro camino alrededor del sol para acercarnos a nuestros plazos de entrega y a nuevas constelaciones.

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Sé que en ocho meses estaré afuera a media noche y dirigiré mi mirada hacia el oriente para observar cómo avanza Orión; un viejo amigo que regresa para recordarme que el invierno se acerca y que viajé por un año más en esta maravillosa roca celestial, alrededor de nuestra estrella madre. Rigel es la estrella más brillante de Orión. Resplandece con su luz blanquiazul y es el ojo que destellante (más bien la rodilla) de un compañero que, desde que era niño, siempre me ha visitado cada año, no importa en qué lugar de la tierra haya estado. Incluso cuando estaba en el Hemisferio Sur, Orión no dejó de visitarme en el verano, aunque fuera parado de manos.

Fue gracias a estos ciclos celestiales que se originó nuestro concepto de tiempo, y tenemos este día bisiesto.

Un año sidéreo es el tiempo que se tarda la Tierra en regresar dos veces al mismo punto geométrico de su órbita alrededor del sol. Gracias a este fenómeno, Orión aparece en el mismo punto celeste a media noche 365.2563 días después. Los amigos estelares como él nunca te fallan, siempre respetan sus compromisos con una precisión de siete dígitos o más.

El calendario gregoriano se apega al "año tropical", es decir, el año comprendido entre un equinoccio primaveral y el siguiente. En ese momento, la posición del Sol en el cielo está exactamente donde el plano eclíptico (la línea que recorren los planetas mientras se mueven por las constelaciones) se intersecta con el ecuador celeste (la proyección del ecuador terrestre en el espacio). A medida que el Sol recorre el ecuador celeste, llega a dividirse exactamente entre los dos hemisferios de la tierra y vuelve a regresar a ese sitio en casi 365.24219 días. Casi.

Ahora yasabes de dónde salió la regla de dividir intercaladamente los años bisiestos "entre 4, entre 100 y entre 400".

¿Cómo se inventó esta diferencia?

Cuando terminan los 365 días, quedan todavía 0.24219 días (es decir seis horas), antes de que la tierra regrese a la línea de equinoccios.

A los cuatro años, esta cantidad fraccionaria de 0.24219 días suma 0.96876, lo cual se acerca bastante a un día completo. Si únicamente utilizáramos un calendario de 365 días, las estrellas y — más importante aún— los meses que corresponden a las estaciones se perderían. Con el tiempo los meses que corresponden al verano llegarían en invierno y viceversa, ocasionado que varios aspectos de la sociedad, como la agricultura se volvieran caóticos. Esto era algo evidente para los romanos en el siglo I, al igual que para los Olmecas y los mayas al otro lado del mundo.

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Por esa razón, Julio César decretó en el año 46 A.C. que cada cuatro años se añadiera un día extra al mes de febrero, en lo que se conocía como el calendario Juliano. Pero añadir un día cada cuatro años para compensar esos 0.96876 días terminaba sobrecompensando. El año bisiesto de Julio César añadiría 0.03124 días, lo cual sería mucho. Esto haría que el calendario bisiesto transcurra 600 segundos más rápido cada año.

Funciona igual que con la alcancía que tenemos en casa; esos pesos que nos sobran tardan un rato en juntarse. Fue hasta 1582, en la época del Papa Gregorio XIII, que este desequilibrio se convirtió en un problema. Después de consultarlo con Dios, pero sobre todo con Cristóbal Clavio, su astrónomo, el papa decidió adoptar su ingeniosa solución.

El calendario Juliano va adelantado por 0. 03124 días cada cuatro años; si se multiplican ambos lados por 100 tendrás un exceso de tres días después de 400 años. La solución de Clavio fue hacer un excepción para los siglos, pero al hacerlo se perderían 4 días en 400 años, no tres. Así que Clavio agregó un día más cada 400 años, empezando en 1600.

El calendario gregoriano que usamos hoy tiene las siguientes reglas:

·Por cada año divisible entre 4 se añade un día más a febrero.

·Por cada siglo (1800, 1900, 2000, 2010) no se añade un día más a febrero.

·Por cada siglo divisible entre 400 se añade un día más a febrero.

Existen cálculos más precisos

Aún con estas mejoras sobraba un poco del cambio orbital. Pero ahora son intervalos de tiempo muchísimo más pequeños. Con este nivel de precisión, otros movimientos relacionados al periodo de rotación de la tierra (un día) y a su periodo de translación tuvieron que tomarse en cuenta.

Llevar el registro de estos minúsculos cambios es el trabajo del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia, quienes controlan los segundos intercalares que se añaden o suprimen. Por ejemplo, el 30 de junio de 2015 se añadió un segundo más al Tiempo Universal Coordinado debido a que la tierra ha ido girando más lento sobre su eje debido a la atracción gravitatoria de la luna.

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También hay otra causa de los cambios en el calendario, como el terremoto de 8.9 que generó el tsunami que ocurrió en Japón en marzo de 2011, que provocó un cambio en la distribución de la masa terrestre, la suficiente para disminuir la duración de un día por 1.8 microsegundo, los cuales sumarán un segundo más dentro de 1,500 años.

¿Cómo se utiliza el tiempo 'extra'?

En lo personal, pienso que el 29 de febrero debería ser un día festivo mundial. Deberíamos considerarlo como un regalo, al igual que los pesos que se van acumulando después de hacer compras. Debería ser un día para celebrar que pudimos ahorrar un cuarto de día por cuatro años y gastarlo en algún capricho. También podría ser un día especial para realinear nuestra noción de rutinas diarias como tirar la basura, cuotas mensuales a la agenda celeste.

Sin ese día extra cada cuatro años, nuestros amigos celestes dejarían de visitarnos cada año y empezaríamos a olvidarnos de los cumpleaños de los demás. Si no existiera el 29 de febrero, no tendríamos "estrellas constantes".

James Hetrick es profesor de Física en la Universidad del Pacífico.

Este artículo apareció originalmente en la revista The Conversation.