Los Movimientos Terrestres y Coordenadas Celestes

La Esfera Celeste

No tenemos certeza cuándo, pero hace ya muchos milenios que nuestros antepasados tuvieron el interés y la paciencia de dedicarle tiempo a observar el cielo. Pronto debieron descubrir que, tanto durante el día como la noche, los astros (el sol y la luna incluidos) parecían desplazarse como si fuesen arrastrados por una enorme esfera, que rotaba completamente en el lapso de un día. Entonces, como tantas veces en la historia del conocimiento, lo que parece ser cierto lo aceptamos como una verdad evidente, probablemente así fue como la idea de una Esfera Celeste fue asumida esfera real. Una gran esfera exterior, donde estarían engarzadas las “estrellas fijas” y una serie de esferas interiores, concéntricas, portadoras de los planetas, el Sol y la Luna, y cuyo centro, naturalmente, tenía que estar en la Tierra.

En esta figura podemos ver una representación, muy esquemática, del universo en los tiempos de Aristóteles, en la antigua Grecia.

                                                                                                                                                                     

Hoy en día ya nadie (o casi nadie) sostiene que nuestro planeta se ubica en el centro del cielo, y que el Sol, Luna y demás planetas orbiten en torno a la Tierra, pero con el fin de describir las posiciones de los astros en el cielo y algunos movimientos aparentes, es válido conservar el título de “Esfera Celeste” a ese manto estrellado que vemos cada noche, aunque sepamos que no es esa esfera la que rota cada día, sino que es nuestro planeta el que lo hace  en torno a su eje.

Coordenadas Horizontales

Para ubicar un objeto en el cielo, tomando como referencia la superficie (aparentemente plana) en que estamos parados, se utilizan dos coordenadas: Acimut y Altura

El Acimut, que consiste en el ángulo que desarrolla el objeto o estrella, desde el punto cardinal Norte, en dirección hacia la derecha (como las agujas del reloj).

La Altura, es al ángulo desde el objeto al punto más cercano al horizonte.

En la figura de la izquierda, podemos ver que el objeto que señala la persona, tiene un acimut de poco más de 270° (es decir, hacia el noroeste) y una altura de unos 45°.

Si un objeto se encuentra justo arriba de nuestra cabeza, se dice que tiene una altura de 90°, o que está en el Cenit (Zenith en inglés).

Como la Tierra no es plana, está claro que dos personas situadas muy distantes, no verán una misma estrella con el mismo acimut ni altura.

Movimientos Terrestres: Rotación y Traslación

Aunque sentimos que nuestro planeta está quieto, ya hemos aprendido a aceptar que esta magnifica nave que llamamos Tierra, se mueve en torno al Sol en una órbita anual, en una trayectoria elíptica (aunque casi circular). Y que no tenemos que confundir el mayor acercamiento o alejamiento del Sol con la causa del ciclo de las estaciones.

  

Como debe parecer obvio, la órbita de la Tierra es plana y el Sol debe estar precisamente en ese plano. A este plano en que orbita nuestro planeta, lo llamamos “Eclíptica”. La similitud con la palabra “elíptica” es mera coincidencia, ya que Eclíptica deriva del hecho de que en ese plano se producen los eclipses. Como veremos más adelante, la mayoría de los planetas orbita en planos muy cercanos a la eclíptica.

Todos sabemos que nuestro planeta está inclinado,,, y hasta sabemos su inclinación: 23,5°, lo que muchas veces olvidan los profesores es  destacar respecto a qué está inclinada la Tierra. Bueno, ya podrán adivinar que es respecto al plano de la eclíptica.

Y es gracias a esta inclinación del eje de rotación terrestre que tenemos las estaciones. Si este eje de rotación fuese totalmente perpendicular a la eclíptica, durante todo el año el sol alcanzaría la misma altura al mediodía y los días durarían siempre lo mismo que la noche. En los polos no habría ni día ni noche, el Sol siempre se encontraría rozando el horizonte.

  

En esta figura se muestra la situación en los solsticios de invierno y verano en ambos hemisferios.

En el esquema de arriba, se puede apreciar cómo los equinoccios ocurren entre los solsticios. En los equinoccios, el eje de la tierra se encuentra perpendicular al Sol, por lo que en todo el planeta, excepto en los polos, el Sol aparece justo por el Este y se oculta hacia el Oeste, y el día la noche duran (casi) exactamente lo mismo.

En la siguiente imagen vemos la trayectoria que sigue el sol en el cielo en distintas latitudes, en las fechas de los solsticios y equinoccios.

Coordenadas Celestes (o Astronómicas)

Como ya se mencionó, la “Esfera Celeste” parece rotar en torno a nosotros, por lo tanto, si queremos indicar la posición “definitiva” o “real” u “objetiva” de una estrella, no podemos asignarle una coordenada basada en nuestra ubicación en la Tierra. Para ello es más indicado hacerlo respecto a la “Esfera Celeste” o “Esfera de las Estrellas Fijas”.

Al rotar la Tierra sobre su eje, el cielo parece rotar en sentido contrario, como una gran esfera, en sentido contrario al que lo hacemos nosotros, y esa gran esfera tiene un eje que es la proyección del eje polar terrestre.

Dado que tenemos Polos en la “Esfera Celeste”, podemos definir también un “Ecuador Celeste”, y que debe coincidir también con la proyección del Ecuador Terrestre.

Tal como en la Tierra usamos las coordenadas de Latitud y Meridiano para ubicar cualquier punto en la superficie de esta esfera, los astrónomos utilizan un sistema de coordenadas equivalentes, llamados Declinación y Ascensión Recta.

La Declinación (Dec. ó δ) equivale a la Latitud. Un objeto con declinación 0° estará justo en el plano del ecuador celeste, y uno con latitud +90°, en el Polo Norte, y -90°, en el Polo Sur. Los grados se dividen a su vez en 60 minutos y éstos, en 60 segundos.

La Ascención Recta (A.R.) equivale a los Meridianos terrestres, y al igual que en la Tierra, se debe elegir en forma arbitraria el punto de inicio. Así como en la Tierra se eligió el Meridiano de Greenwich por su famoso observatorio, se debió elegir algún punto en el cielo que marcara algo relevante, y la línea que corta los planos de la eclíptica y el ecuador celeste parecía un buen candidato.

Pero sucede que esa línea obviamente señala en dos sentidos, (recordemos que cuando el Sol está en alguno de ellos, estamos en equinoccio). Se eligió el punto que señala al equinoccio vernal (primer día de primavera en el hemisferio norte) como punto de inicio de las coordenadas de A.R.

Las A.R. no se mide en grados sino en Horas, minutos y segundos.

Movimientos de Precesión y Nutación

Hasta ahora hemos hablado de una Tierra rotando como un trompo, con su eje apuntando siempre en una misma dirección, lo cual no es totalmente cierto, con el curso de los años el eje terrestre describe un giro similar al que realiza un trompo  al girar en el suelo.

Las fuerzas de atracción del Sol y la Luna sobre el ecuador terrestre van “torciendo” la dirección del eje terrestre en el sentido de las manecillas del reloj, manteniendo siempre una inclinación de 23,5° respecto a la eclíptica. La vuelta completa de este bamboleo tarda casi 26.000 años, por lo tanto en 13.000 años, el eje terrestre apuntará a 47° de diferencia con el actual.

En esta figura podemos observar la manera en que cambia la dirección del eje de rotación terrestre, el cual  es estos años apunta hacia al estrella Polaris en el hemisferio Norte, y dentro de unos 11.000 años será Vega la estrella brillante que señalará mas cerca del polo Norte.

Cada 71 años, el eje terrestre se desplaza 1° respecto a la “esfera celeste”, lo que lo hace bastante evidente, y se sabe que ya 300 años AC, ya se tenía conocimiento de esta precesión.

Al desplazarse el eje terrestre, también lo tiene que hacer el plano del ecuador.

Como ya vimos, los equinoccios se producen cuando el sol se sitúa justo en la línea en que se intersectan el plano del ecuador terrestre y la Eclíptica. Pero si el plano del ecuador se va desplazando, también se desplazará la línea de los equinoccios. Por este motivo es que el movimiento de precesión terrestre también conocido como la “Precesión de los Equinoccios”.

Tanto el polo Norte y Sur celestes, así como los equinoccios se van desplazando, entonces el sistema de coordenadas de declinación y AR debe basarse en una posición determinada del eje terrestre, por lo tanto, siempre es necesario hacer referencia de el año en que son medidas.

Otro de los movimientos terrestres, aunque mucho más sutil que los mencionados anteriormente, se trata de la Nutación, la cual es causada también por las fuerzas de tensión del Sol y la Luna sobre el ecuador terrestre, pero con un periodo y una intensidades mucho menores. Su ciclo es de 18,6 años y el movimiento de unos 9 segundos de arco, es casi insignificante respecto al de precesión.