Astronomía y Orientación

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Astronomía y Orientación

Orientación y Astronomía de Posición (ESO, Bachillerato)

La esfera celeste se estudia por medio de la astronomía de posición. Este apartado de la web de Educa Ciencia recoge los principales gráficos relacionados con la materia que se muestran en nuestras actividades de planetario móvil o portátil, así como en nuestros cursos y charlas sobre astronomía. Aunque gran parte del contenido de este apartado de astronomía de posición está dirigido a los alumnos de Enseñanza Secundaria y Bachillerato, los niños de Educación Infantil están preparados, sorprendentemente, para comprender conceptos como la rotación, la inclinación del eje de la Tierra y muchos otros.

Todos estos gráficos aparecen por primera vez en el libro “Cómo Aprender Astronomía en Internet“, por Jorge A. Vázquez Parra, editorial Creaciones Copyright, 2008. ISBN: 978-84-96300-63-7.

La esfera celeste, tal como se veía en la antigüedad

Conceptos básicos sobre la esfera celeste

Supongamos que estamos rodeados por una esfera imaginaria que se encuentre a una distancia infinita. Esa es la esfera celeste, que contiene todos los astros del firmamento. Se trata de una suposición, claro. Aunque en la Antigüedad se consideraba que tal esfera existía realmente, y que estaba hecha de cristal, ahora sabemos que eso no es cierto.

Como vivimos en la superficie de un planeta (la Tierra), el suelo que pisamos, que se extiende hasta el horizonte, nos impide contemplar la mitad de la esfera celeste. A la mitad de la esfera que podemos contemplar, cuando estamos a cielo abierto, se le llama bóveda celeste.

La búsqueda del Norte

¿Cómo se puede buscar el norte mirando a las estrellas? Es más fácil de lo que parece. A primera vista todas las estrellas parecen iguales, pero después de mirar un rato, y concentrando nuestra mente, observamos que tienden a formar dibujos. Esto dibujos de estrellas reciben el nombre de constelaciones. Debemos decir aquí que las constelaciones están en nuestro cerebro, porque cada una de las estrellas que forman estos dibujos se encuentra en una posición diferente en el espacio, que es prácticamente infinito. Es la perspectiva, precisamente, la que hace que, desde nuestra posición como observadores desde la Tierra, provoca que parezcan formar dibujos.

Para buscar el Norte recurriremos a un gran conjunto de muchas estrellas que forman una constelación que parece un gato gigante, pero que se llama la Osa Mayor. Siete de las estrellas que la componen forman una especie de cucharón, de cacerola, de pipa, de cometa… madre mía, ¡cuántas formas! ¡Si hasta parece un jamón! Bueno, en serio, a ese conjunto de estrellas se le llama El Carro. Cerca de El Carro se encuentra la hija de la Osa Mayor, la Osa Menor. Una vez que econtremos El Carro, el resto es muy fácil porque no tiene pérdida. Sólo tenemos que mirar hacia las dos estrellas opuestas al rabo de la Osa y, en la dirección que marca la flecha del dibujo, a cinco veces la distancia que hay entre esas dos estrellas, nos encontramos con la punta de la cola de la Osa Menor. Esta estrella se llama Estrella Polar y es la estrella del Norte, que se encuentra muy cerca del polo norte celeste. Se debe a que el eje de rotación de la Tierra, por casualidad, está apuntando a esta estrella casi perfectamente (pero casi). Luego volveremos sobre esto.

Si continuamos una línea perfectamente vertical hasta el horizonte nos encontramos con el punto norte del horizonte. En el lado opuesto, a 180º encontraremos el punto sur del horzonte. Y si miramos hacia el norte, 90º a la derecha encontramos el punto este del horizonte, por donde salen, aproximadamente, el Sol, la Luna y los planetas, y 90º a la izquierda del punto norte, el punto oeste del horizonte, que es por donde se ocultan también, en sus cercanías, esos mismos astros.

La búsqueda del Sur

El cielo del hemisferio sur es precioso, y cualquier astrónomo del norte que lo haya visto una vez, pasará toda su vida recordándolo. Los habitantes del hemisferio sur, sin embargo, no pueden ver la estrella polar. Además tampoco hay ninguna estrella brillante en las cercanías del polo sur celeste. Por este motivo la orientación mediante las estrellas resulta más complicada. La única constelación que ayuda un poco es la Cruz del Sur, que conoceréis porque aparece en las banderas de algunos países , como Nueva Zelanda o Australia. Así, las dos estrellas del eje mayor de esta cruz señalan, aproximadamente, en la dirección del polo sur celeste, que queda en las cercanías de las tres estrellas más brillantes de la constelación de El Octante.

Vertical, cenit y meridiano del lugar

La línea que marca la plomada se llama vertical, hace 90º con el plano del horizonte y corta con la bóveda celeste en un punto que recibe el nombre de cenit. Extendiendose de norte a sur (o de sur a norte, lo mismo nos da) se encuentra el meridiano del lugar. Pasa por el punto norte del horizonte, el cenit y el punto sur, dividiendo la bóveda celeste en los cuadrantes este y oeste, que no aparecen señalados como tales en el dibujo para simplificar esta explicación.

La rotación de la Tierra

La Tierra se encuentra dando vueltas permanentemente, y tiene un eje de rotación. Podemos ver en el video siguiente cómo la Tierra da una vuelta en torno a su eje cada 24 horas. El eje de rotación de la Tierra se llama eje del mundo.

El eje de la Tierra siempre señala al mismo sitio, en su lado norte, a la Estrella Polar. Este eje, además, está inclinado 23º 27′, hecho que produce el fenómeno de las estaciones.

Este eje, sin embargo, sufre un movimiento de bamboleo, motivado por la atracción gravitatoria principalmente del planeta Júpiter. Este movimiento es casi imperceptible en cientos de años, y dura, de principio a fin, unos 27.000 años, al cabo de los cuales el eje de rotación vuelve a señalar al mismo punto. Este fenómeno recibe el nombre de precesión, que se traduce además en que los equinoccios (que más adelante estudiaremos) sufren un desplazamiento paulatino.

El orto, la culminación y el ocaso de los astros

Debido a la rotación de la Tierra, todo el cielo aparenta girar en torno a los polos. Así hay muchos astros que salen (orto) por el este y que se ocultan (ocaso) por el oeste. Cuando los astros cruzan el meridiano, alcanzando su máxima altura con respecto al horizonte, se dice que culminan.

La altura del polo celeste y las estrellas circumpolares

La altura del polo celeste sobre el horizonte depende de la latitud del lugar de observación. Así, en el polo geográfico (esto es, el que se encuentra en la superficie de la Tierra), donde la latitud es de 90º, ya sea norte o sur, el polo celeste coincide perfectamente con el cenit. Al desplazarnos hacia el ecuador geográfico, donde la latitud es de 0º, la altura del polo celeste también disminuye, hasta llegar también a los 0º.

Siempre que nuesta latitud no sea de 0º, todos los astros que se encuentren en las inmediaciones del polo celeste describirán un círculo completo sobre el horizonte y nunca se ocultarán. Cuanto más cerca del polo geográfico nos encontremos, mayor altura tendrá el polo celeste y mayor será el círculo de astros que no se ocultarán. Los astros que nunca se ocultan debido a esta circunstancia se llaman cirmumpolares.

En el siguiente dibujo podemos observar cómo es el círculo de la circumpolaridad a una latitud de aproximadamente 40º norte, esto es, la latitud de la zona de Madrid o de Nueva York.

Si viajamos hacia el sur, hasta las latitudes de las Islas Canarias o del norte de México, mientras que la altura de la estrella polar sobre el horizonte disminuye, el círculo de la circumpolaridad se hace más pequeño.

Veamos ahora un hermoso video que muestra cómo gira El Carro en torno a la estrella Polar, en la latitud de Zamora. La Polar está arriba a la derecha de la imagen. Por cierto, que al no estar exactamente en el polo norte celeste, también tiene su propio movimiento, aunque es casi inapreciable. Este video es obra del astrónomo Manu Arregui:

El movimiento del Sol en el cielo

El camino que recorre el Sol en la esfera celeste, motivado por la traslación de la Tierra en torno a él, se llama eclíptica, porque es la línea en la que se producen los eclipses (la eclíptica es lo que se conoce como un círculo máximo en una esfera). Existe una banda, más ancha, que rodea a la eclíptica, es el zodiaco, que se divide en doce signos, que antiguamente coincidían con las constelaciones de sus mimbros nombres, pero que ya no es así. Esto último es debido al movimiento de precesión de los equinoccios, que ya hemos descrito más arriba. Los planetas y la Luna siempre se encuentran en el zodiaco.

Ecuador celeste

La Tierra, como sabemos, está dividida en dos mitades denominadas hemisferios. El círculo que divide la Tierra en dos se llama ecuador terrestre, y forma un ángulo de 90º con el eje del mundo. Si proyectamos el ecuador terrestre sobre la esfera celeste obtenemos lo que se conoce como ecuador celeste. Este concepto es necesario tenerlo muy claro para poder comprender lo que viene a continuación.

Equinoccios y solsticios

Debido a la inclinaciónde 23º 27′ del eje del mundo, la eclíptica sufre una inclinación igual con respecto al ecuador celeste. Esto se traduce en que el Sol se encuentra durante la mayor parte del año alejado del ecuador celeste. Así se encuentra durante un tiempo más hacia el polo celeste norte y otra parte del tiempo está más hacia el polo sur celeste, pero nunca más alejado que esos 23º 27′ del ecuador celeste.

Existen, no obstante, dos puntos de corte entre la eclíptica y el ecuador celeste. Cuando el Sol se haya en uno de esos puntos, el Sol sale y se oculta exactamente en el este y en el oeste, y el día y la noche se igualan, y se conocen como equinoocios. Esos puntos de la eclíptica se llaman puntos equinocciales y son:

  • Punto Aries o punto Vernal: donde se encuentra el Sol cuando corta el ecuador celeste ascendiendo de sur a norte a lo largo de la eclíptica. Hace 2.000 aquí se encontraba la constelación de Aries. Comienza la primavera en el hemisferio norte y el otoño en el sur.
  • Punto Libra: donde se encuentra el Sol cuando corta el ecuador celeste descendiendo de norte a sur a lo largo de la eclíptica. Aquí estaba, también hace 2.000 años, la constelación de Libra. Comienza la primavera en el hemisferio sur y el otoño en el norte.

Hay, además, otros dos puntos importantes en la eclíptica. Son los solsticios. Son los puntos en los que se encuentra el Sol cuando deja de alejarse del ecuador para regresar al siguiente punto equinoccial. Su altura se muestra constante y por eso se dice “Sol estático”, de donde procede la palabreja. Estos puntos son:

  • Punto solsticial de Cáncer: el Sol alcanza su punto más alejado del ecuador, y más cercano posible al polo celeste norte.Comienza el verano en el hemisferio norte y el invierno en el sur. Hace unos dos mil años se econtraba en la constelación de Cáncer.
  • Punto solsticial de Capricornio: el Sol alcanza su punto más alejado del ecuador, y más cercano posible al polo celeste sur. Comienza el verano en el hemisferio sur y el invierno en el norte. Hace unos 2.000 años se econtraba en la constelación de Capricornio.

Coordenadas ecuatoriales absolutas

Para estudiar el cielo debemos obtener previamente un buen sistema de coordenadas, al igual que utilizamos las coordenadas cartesianas.

Probablemente las coordenadas celestes más empleadas por los astrónomos de todo el mundo sean las coordenadas ecuatoriales absolutas, que son la ascensión recta y la declinación.

Este sistema de coordenadas precisa de:

  • Plano fundamental: el ecuador celeste. Al norte del ecuador celeste hasta el polo norte celeste, declinación positiva, de 0º a 90º. Al sur del ecuador celeste y hasta el polo sur celeste, declinación negativa, de 0º a 90º.
  • Recta fundamental: el eje del mundo, que nos marca los polos celestes norte y sur, y mediante el que se define además el ecuador celeste.
  • Rayo origen o dirección del primer eje: el que señala al punto Aries, intersección del ecuador y la eclíptica cuando el Sol adquiere la declinación positiva. Desde ese punto contaremos, en horas minutos y segundos, la ascensión recta, desde 0 hasta 24 horas.
  • Orientación: este sistema es directo (contrario a las agujas del reloj).

En palabras más sencillas, las coordenadas ecuatoriales absolutas son la ascensión recta y la declinación:

  • Ascensión recta: se mide sobre el ecuador celeste, desde el punto Aries, hasta el meridiano (círculo horario) que contiene al astro, en sentido contrario a las agujas del reloj.
  • Declinación:se mide sobre el meridiano que contiene al astro y desde el ecuador celeste.

Las coordenadas ecuatoriales absolutas no varían con la rotación de la Tierra, puesto que se miden con respecto al ecuador celeste y al punto Aries, que son fijos.

© 2008, 2011 y 2013 Jorge A. Vázquez Parra. Se permite la reproducción de los textos e imágenes siempre que se enlace con esta misma “url” y respetando la leyenda www.educa-ciencia.com en todos los gráficos.

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