Curiosidades sobre los astros, propuestas de observaciones sencillas, aspectos cotidianos pero poco conocidos, todo ello con un enfoque didáctico.

sábado, 13 de abril de 2019

13 de abril, ¡cuidado, Apophis!


Entre los peligros que acechan a nuestro planeta y a sus habitantes, uno de los que siempre nos viene a cabeza y ha aparecido repetidamente en películas y documentales es la caída de un asteroide (o un meteorito, como erróneamente se dice a veces). Hemos oído muchas veces que fue precisamente eso lo que acabó con los dinosaurios.


¿Podría ocurrirnos también a nosotros, así de improviso, un día cualquiera de estos y acabar con la humanidad?  Afortunadamente la respuesta es “NO”
Hoy en día se conoce la posición y la órbita de todos los astros de tamaño suficiente como para producir tal desastre, y no se prevé  ningún choque de esa entidad en los próximos siglos. 
Si nos podría caer ahora mismo encima nuestro  un pequeño asteroide de los que todavía no están catalogados, pero los daños no serían elevados excepto quizás para quienes estén en las proximidades del punto de impacto, y además la probabilidad es muy inferior a que nos caiga una teja sobre nuestra cabeza mientras estamos paseando, o a que tengamos un accidente de coche.
El impacto de Celyabinsk en 2013, último episodio recogido ampliamente por los medios de comunicación. Producido por un meteoroide de algo menos de 20 metros que explotó en la atmósfera sin llegar a impactar con el suelo.
Los asteroides son un numeroso grupo de pequeños astros, rocosos o metálicos, la mayoría  de los cuales tiene su órbita entre las de Marte y Júpiter.
Pero entre los millones de asteroides existen unos cuantos que se pueden acercar a la Tierra, e incluso podrían impactar.
A los objetos cercanos a la Tierra (asteroides y cometas) se les conoce como NEO´s (Near Earth Objects) y se tienen catalogados más de 15000. Dentro de este grupo están los    PHA (asteroides potencialmente peligrosos), de los cuales se conocen más de 1700, cuya órbita está próxima a la de nuestro planeta, tanto que se pueden acercar a la Tierra menos de 0,05 UA y tienen un tamaño que provocaría una catástrofe.

De todos estos solo hay uno, al que se le ha llamado Apophis, que en los próximos años o siglos puede que se acerque a nuestro planeta hasta el punto de que haya peligro de impacto. Tiene un tamaño de unos 300 metros y aunque no originaría la desaparición de la raza humana, probablemente afectaría a toda nuestra tecnología e infraestructuras  y los supervivientes tendrían que vivir en unas condiciones similares a las de la Edad Media.

Cuando se descubrió se le dio el nombre provisional de 2004 MN4, lo que indica que la fecha en que fue detectado estuvo en la segunda quincena de junio de 2004 (en el anexo se explica la nomenclatura que se utiliza) y posteriormente se le adjudicó el número 99942.
Poco después recibía el nombre propio por el que se le conoce actualmente: Apophis. Al parecer propuesto por sus descubridores porque ese era el nombre de uno de los villanos alienígenas que amenazaba la existencia de la civilización en la Tierra en una serie televisiva, que a su vez lo había tomado de la mitología egipcia donde era la reencarnación del caos.        
Un nombre apropiado para ese asteroide que podría impactar con nuestro planeta provocando un auténtico caos.

Efectivamente, al calcular inicialmente su órbita se comprobó que se aproximaría mucho a la Tierra, e incluso podría chocar con ella, el 13 de abril de 2029. A pesar de que su órbita está en distinto plano que la de la Tierra, atraviesa este plano precisamente a la misma distancia al Sol (casualidad) y en esa fecha casualmente ambos astros estarán aproximadamente en el mismo punto.
Imágenes en planta y perfil de las órbitas y las posiciones de Apophis y la Tierra en el momento del máximo acercamiento, y uno y dos meses antes. Elaboradas a partir de https://ssd.jpl.nasa.gov

Esta situación de alarma no es muy infrecuente para un asteroide recién descubierto, ya que con unas pocas posiciones observadas la órbita posible es muy amplia y en ella puede situarse la Tierra; pero normalmente con nuevas observaciones se afina la trayectoria y se suele descartar el impacto. Sin embargo en este caso los nuevos datos no disminuían esa probabilidad, y se le adjudicó el valor 4 en la escala de Torino (con la que se mide la peligrosidad de un asteroide), el máximo al que se ha llegado hasta ahora.
Escala de Torino, que indica la peligrosidad de un asteroide teniendo en cuenta su tamaño y la probabilidad de impacto. Por ejemplo el 10 sería un asteroide mayor de un kilómetro, que impactaría casi seguro (con probabilidad de más de un 99%)

Finalmente pudieron concretarse más los cálculos y se comprobó que en realidad no chocará aunque pasará solo a unos 40000 kilómetros de la superficie terrestre, 10 veces más cerca que la Luna, e incluso podría llevarse por delante algunos de los satélites artificiales geoestacionarios, que rondan  esa altura.

Al pasar tan cerca, la gravedad de la Tierra modificaría la órbita del asteroide.

Nuevos cálculos sobre lo que ocurriría más adelante con la teórica nueva órbita dieron otro posible impacto 7 años después: el 13 de abril de 2036. E Incluso otro más el 13 de abril de 2068.
Si Apophis hubiera seguido con su órbita actual, el 13-4-2036 no estaría cerca de la Tierra, tal como se ve en esta imagen. Pero con la modificación de esa órbita podría acercarse lo suficiente como para impactar con nuestro planeta.
Antes de que cunda el pánico hay que decir que aunque la mecánica gravitatoria predecía esos resultados, se vio que Apophis se va desviando levemente de su órbita teórica, posiblemente debido al llamado “efecto Yarkowski” como se explicó en "El asteroide del farolero y eso hará que también en 2036 y en 2068 nos libremos de él. 
Pero su órbita y la de nuestro planeta seguirán estando muy próximas, y probablemente si no hacemos nada, un 13 de abril (*) de un año o un siglo de éstos, Apophis impactará con nuestro planeta.
Parece una tremenda casualidad la coincidencia de las fechas, y la última afirmación: conocemos el mes y el día del posible impacto (el 13 de abril), pero no el año. Esta curiosa circunstancia es una cuestión geométrica.

El que la órbita de un asteroide vista en planta se cruce con la de la Tierra no significa que puedan acercarse mucho, porque lo más probable es que en la situación en 3 dimensiones las órbitas no lleguen a tocarse.


En esta maqueta tridimensional que se encuentra en el Aula de Astronomía de Durango, la órbita de la Tierra está representada con alambre azul.Otros planetas con alambre dorado y una serie de asteroides cercanos, con alambre gris.
En la imagen de la izquierda (se ve la situación en planta) puede parecer que varios de ellos podrían impactar con la Tierra porque se crucen la órbitas, pero hay que tener en cuenta que esas órbitas están en diferentes planos (foto de la derecha, de perfil), con lo que en la mayoría de los casos un choque es imposible.
Únicamente si alguno de  los nodos de la órbita asteroidal (puntos de corte con el plano orbital terrestre o plano de la eclíptica) se sitúan exactamente en la órbita de la Tierra, podría producirse el impacto.
La línea azul representa la órbita de la Tierra, y aparecen también las de dos asteroides. La imagen de la izquierda está en planta y la de la derecha en perspectiva.
Aunque en planta puede parecer que el asteroide verde es más peligroso, en realidad no es así. Lo sería si el nodo estuviera en el punto P, pero en realidad está en Q, lejos de la órbita terrestre,  como se aprecia en el gráfico en perspectiva, de la derecha.
El asteroide de órbita roja sí tiene uno de los nodos en un punto de la órbita terrestre, y ahí podría impactar, aunque no necesariamente.
Por lo tanto en general solo podrán chocar si alguno de los dos nodos coincide con la órbita terrestre.

Y eso ocurre en el caso de Apophis, que cruza la órbita de la Tierra en el punto en que nuestro planeta está el 13 de abril.  Si Aphophis pasa por ahí en cualquier otra fecha la Tierra estará en otro lugar y no hay problema. Pero si lo hace el 13 de abril de cualquier año se encontrará con la Tierra y  podría producirse el choque. En cualquier caso no es seguro porque teniendo en cuenta el tamaño de los astros y su velocidad, deberían coincidir no solo en una fecha, sino también en una hora o en un instante concreto.

 (*) El hecho de que todas las fechas de posible impacto de Apophis sean el 13 de abril es debido a que como la Tierra tarda (aproximadamente) un año en dar una vuelta alrededor del Sol, en cada punto de su órbita está siempre en el mismo día y mes. y en el punto de cruce de las dos órbitas está en la mencionada fecha.

Sin embargo a largo plazo esto no es así a causa del movimiento de precesión. Debido a ello en realidad la Tierra tarda un poco menos de un año en dar una vuelta, con lo cual según van pasando los siglos, aunque el punto geométrico de impacto sea invariable, la Tierra pasa por él en distinta fecha: en el siglo XXII será el 14 o 15 de abril (según los bisiestos), en el XXIII sería el 16,… Todo ello suponiendo que Apophis se mantenga en la misma órbita.
En cualquier caso si se mantienen las órbitas el punto de impacto es fijo y la fecha (día y mes) está determinada en cada siglo.




Las órbitas de Apophis

¿Por qué su nueva órbita, después de 2029, también se cruza con la de la Tierra?¿Por qué Apophis pasaría por el cruce en 2036 también el 13 de abril a pesar de haber cambiado la órbita?
Actualmente el periodo de Apophis es de 323.6 días. Por ello mientras la Tierra da 8 vueltas (en 8 años) nuestro asteroide da un poco más de 9 vueltas. Si un año han estado cercanos, volverán a estarlo 8 años más tarde, pero ya Aphophis un poco por delante, y así cada vez más. Si se mantuviera la órbita actual, hasta el año 2130 no sería el siguiente acercamiento, y bastante más lejano que éste de 2029. Estaríamos tranquilos por mucho tiempo.

Pero el problema es que, tal como se ha dicho, en este próximo encuentro la Tierra le va a modificar su órbita por la interacción gravitatoria.

Si fuese otro astro el que modificase la órbita de Apophis (Por ejemplo Venus), casi con toda seguridad cambiaría la posición de sus nodos y nos libraríamos de su amenaza para siempre. Pero al ser la Tierra, la nueva órbita también pasa por las proximidades del punto de impacto (ya que comienza en él), y por ello volverá a pasar por ese punto cada vuelta y si lo hace un 13 de abril, podría ocurrir el impacto porque la Tierra andará por ahí.


La posible nueva órbita que se calculó para después de 2029 sería algo más pequeña que la actual, con un periodo de 319.6 días, con lo que en 7 años Apophis daría casi exactamente 8 vueltas y el 13 de abril de 2036 podrían encontrarse y chocar.
Como se ha dicho, afortunadamente otra circunstancia (efecto Yarkowski) ha modificado ligeramente su trayectoria, no se aproximará a la Tierra por el lugar inicialmente previsto, y el efecto que nuestro planeta ejerza sobre él en 2029 no nos lo volverá a acercar demasiado en 2036.

Nomenclatura de los asteroides

Cuando se habla de Apophis o de otro asteroide y se utiliza la nomenclatura provisional (en muchas ocasiones el único nombre que tiene) puede resultar extraña esa mezcla de números y letras como de 2004 MN4, e incluso puede parecer que se haya hecho de manera aleatoria, pero no: está relacionado con el momento del descubrimiento.

Cuando se descubre un nuevo asteroide se le asigna una denominación de acuerdo con la fecha en que ha sido detectado: primero se pone el año, luego una letra que indica la quincena (no se utiliza la I) y luego una letra (y en caso necesario también un número) de acuerdo al número de orden de los descubiertos en esa quincena.
A para la primera quincena de enero, B para la segunda, C para la primera de febrero D para la segunda, E y F para marzo, G y H para abril, J y K para Mayo, L y M para abril
Por ejemplo el tercer asteroide descubierto en este año, le llama 2017 AC1 , o el 30º de la segunda quincena de enero 2017 BA3 .

Cuando se determina su órbita con exactitud se le asigna un número según una lista correlativa que en principio se correspondía con el orden del descubrimiento, y ahora con el orden de adjudicación, ya que algunos reciben número antes que otros descubiertos con anterioridad. 
Los primeros asteroides descubiertos no tuvieron denominación provisional por la fecha en que fueron encontrados. En la imagen están ordenados por tamaños, pero  3 Juno se descubrió antes que  4 Vesta 

Por ejemplo a Plutón se le adjudicó el 134340, el primero que estaba libre en agosto de 2006, cuando perdió la categoría de planeta.

Además el descubridor puede proponer un nombre propio, que no puede ser el suyo, al contrario de lo que ocurre con los cometas, que suele colocarse junto a su número y a continuación de él.
Por eso en el caso de nuestro asteroide se puede encontrar como 2004 MN4 o 99944 Apophis y sabemos que fue el 112º encontrado en la segunda quincena de junio del año 2004.

viernes, 5 de abril de 2019

Viajando por los satélites (2)


Este post es continuación del anterior y conviene leerlo después de aquel. Si no lo has hecho puedes hacerlo clicando en este enlace

En aquel se citaban algunas características generales de la visión del cielo de los satélites en general, y se hacía un recorrido más detallado, planeta por planeta, hasta Saturno. En este se continúa con la descripción de los satélites de la zona más externa del Sistema Solar, y el anexo opcional en el que se profundiza en algunos aspectos tratados anteriormente.

Satélites de Urano.
Aunque esto no tiene nada que ver con su cielo, hay que decir que una característica curiosa que tienen los satélites de Urano es que los nombres que se les han asignado son personajes de obras literarias, sobre todo de Shakespeare, y no están tomados de la mitología como ocurre con todos los demás.
Debido a que Urano tiene su eje de rotación casi paralelo al plano orbital, el cambio de fases del planeta visto desde los satélites (y viceversa) es lentísimo durante unos años, manteniéndose muy cercano al cuarto (esto ocurrirá hacia 2030). Luego oscila creciente-menguante sin pasar por llena o nueva, y luego tiene el ciclo habitual, completo.

Fases de Urano vistas desde sus satélites en diferentes épocas. (Por ejemplo desde Miranda, el primero de sus grandes satélites, a intervalos de 8.5 horas)

Actualmente podríamos ver que la fase de Urano en el cielo de sus satélites cuando va disminuyendo no llega a nueva, sino que cuando está en solo un 15 %  vuelve a aumentar, pero tampoco llega a llena, sino solo a un 85%. Aumenta y disminuye la fase oscilando, sin llegar a llena o nueva.
Pero con el paso de los años la cosa cambia: En 2010 las fases eran normales como vemos las de nuestra Luna. En 2025 oscilarán entre un 69% y un 31% y en 2030 estará siempre muy próxima al cuarto entre el 43% y 57%.

Los paisajes celestes con diversos satélites en distintas fases desde otro de ellos serían similares a los del sistema de Júpiter porque tienen una distribución parecida con 5 satélites relativamente grandes, de más de 1000 kilómetros de diámetro situados consecutivamente (Miranda, Ariel, Umbriel, Titania y Oberón), y unos cuantos de pequeño tamaño por el interior y el exterior de éstos.
Los dos satélites más cercanos al planeta Cordelia y Ofelia, satélites pastores de uno de los anillos, cada poco más de 8 días el primero adelanta al segundo y se le vería con un tamaño de 0.6º, más grande que como vemos la Luna, aunque la visión más espectacular en este sistema sería la de Umbriel desde Ariel, que se vería con un tamaño de casi un grado.

Satélites de Neptuno: 
Eu satélite más destacado del último planeta es Tritón, cuyo eje de rotación es poco común, inclinado 157° en relación al eje de Neptuno, y 130° respecto a la órbita. Se mueve alrededor de Neptuno en sentido contrario a lo habitual, y si decimos que la Luna en mentirosa, Tritón es el único satélite grande (esférico) que dice la verdad desde el hemisferio Norte del planeta: cuando tiene forma de C es creciente y con forma de D es decreciente (menguante). También el resto de las lunas de Urano vistas desde Tritón y el planeta mismo.
Aunque Tritón es el satélite de Neptuno más grande, el más especial quizás sea Nereida. Único en el Sistema solar. Es uno de los pocos satélites que no tienen rotación atrapada, por lo que el planeta se mueve es su cielo. Debido a su gran excentricidad, también caso único, la mecánica de fases y tamaño aparente es muy especial como ya dije al hablar del cielo de Neptuno.

Recojo aquí nuevamente la sucesión de fases y tamaños aparentes de Neptuno visto desde Nereida, que apareció en al artículo sobre el cielo del octavo planeta, pero en éste es más adecuado. Aparece también el tamaño de la Luna como la vemos desde aquí.
Neptuno  y la variación de sus fases y tamaño aparente, visto desde Nereida, a intervalos de 30 o 10 días terrestres. Se ha colocado la Luna (vista desde aquí) para comparar el tamaño aparente con que se ve Neptuno.
Los cambios son incluso más drásticos de lo que aparece en el gráfico porque las últimas imágenes solo tienen 10 días de diferencia.


Caronte, satélite de Plutón
Aunque ya ha perdido categoría, el que hasta hace solo 13 años fuera el noveno planeta tiene un satélite muy especial y merece la pena hablar de él: Caronte. Desde allí Plutón se ve de un gran tamaño: 6.7º porque está relativamente cerca. De hecho Caronte es con diferencia el satélite que se ve más grande desde la superficie de su astro central.
Tamaños relativos de Plutón visto desde Caronte, Caronte desde Plutón, La Tierra desde la Luna y la Luna desde la Tierra

Debido a la nula excentricidad e inclinación orbital de Caronte, Plutón está totalmente inmóvil en su cielo pero además también Caronte está inmóvil en el cielo de Plutón, por lo que desde Caronte siempre se ve la misma cara de Plutón, siendo el único caso conocido en que esto ocurre, en todo el Sistema Solar. Aunque cambia de fase, no se le ve rotar como todos los demás casos y pudiera parecer un elemento estático más del paisaje.
En el cielo de Caronte el Sol se mueve, las estrellas se mueven, pero Putón no.

Al igual que las de Urano, las fases de Plutón son también diferentes de lo habitual porque su eje está inclinado 122º (o se puede considerar que rota en sentido contrario con un eje inclinado 58º)
Los otros 4 satélites de Plutón son mucho más pequeños, y desde Caronte apenas se apreciarían en su cielo los dos más cercanos (Nix e Hidra) de un tamaño angular de 5´ en las posiciones más cercanas, la sexta parte de la Luna vista desde aquí.




En este anexo se recogen algunos aspectos más técnicos de la mecánica celeste desde los satélites y se desarrollan con mayor detalle un par de temas que ya se mencionaron anteriormente.

El proceso de las fases
Desde un satélite los cambios de fase de su planeta o de otro satélite supondrían un buen entretenimiento porque en la mayoría de los casos hay varios astros y porque el desarrollo de la lunación es muy peculiar, tanto en la duración del ciclo completo, como en cada uno de los cuartos puede haber apreciables diferencias de unos a otros.
Además el proceso tiene cierta irregularidad dentro de cada periodo de las 4 fases, unas veces la fase cambia más rápido que otras (unas fases duran más que otras) e incluso a veces cambia el sentido de crecimiento durante un breve tiempo.
Cuando el otro satélite está cerca, su fase cambia más lento, e incluso retrocede: Un satélite que está menguando, de pronto empieza a crecer durante un tiempo antes de seguir menguando, como se aprecia en el gráfico.

Por ejemplo considerando los satélites de Júpiter Io y Europa, observando desde este último: En 1 Io está en fase llena, y en 5 ya ha pasado el cuarto menguante y se ve menos del 50%. Sin embargo ahora la fase aumenta y en 6 vuelve a estar en cuarto (50%) y en 7 más del cuarto (más del 50%). Luego vuelve a menguar hasta la fase nueva en 11. En 14 es cuarto creciente y en 17 es llena.
En esta posición respecto al Sol, de llena a nueva ha tardado casi el doble (10 posiciones) que de nueva a llena (6 posiciones)
En realidad la posición 14 no sería visible, al estar el satélite Io detrás de Júpiter, respecto a Europa.

La imagen de la extraña evolución de las fases se aprecia en el siguiente gráfico, donde se ha repetido el número 6 para compararlo con el anterior y con el siguiente porque es el tramo más interesante, donde cambia el crecimiento.


La evolución de las fases de Europa vistas desde Io será similar, pero al revés.

Debido a las resonancias,  las posiciones del gráfico son exactas para Io con Europa y para Europa con Ganímedes, dando una vuelta el satélite más exterior mientras el interior da 2 vueltas.
No siempre se produce un retroceso, pero como mínimo habrá un cambio en el ritmo de crecimiento o decrecimiento, cuando intervienen un satélite muy próximo al planeta y otro lejano.

A lo largo de la órbita de Júpiter (por ejemplo) alrededor del Sol, todo el sistema de fases va girando pero se mantienen las proporciones. Por ejemplo al cabo de 3 años los rayos solares vendrán de la parte inferior del dibujo, será la fase llena (de c. creciente a c. menguante) donde se produzca el retroceso, y la de mayor duración.
La situación de Europa con Ganímedes es idéntica a la de Io con Europa, y en general en dos satélites cualesquiera de cualquier planeta se producirán situaciones similares, aunque con números diferentes.
La situación más regular entre Io, Europa y Ganímedes se debe a las resonancias en sus movimientos.

Aunque pudiera pensarse en una similitud, este comportamiento de las fases vistas desde otros satélites es totalmente diferente a lo que se observa desde la Tierra (u otro planeta) de los planetas interiores y exteriores, porque en estos casos la fuente de luz (el Sol) no es el centro de giro. Por ejemplo, aunque desde aquí los planetas exteriores les vemos siempre en fase llena o casi llena, desde un satélite se puede ver otro más exterior en cualquier fase.

Ciclos completos de fases y su duración
Curiosamente, la duración de las diferentes lunaciones de un satélite (el ciclo completo) visto desde otro no es siempre igual. Unos ciclos a veces son más largos que otros.

Si hay una resonancia entre ellos, (del tipo de los grandes satélites de Júpiter) las lunaciones tienen siempre la duración del más externo, coincidiendo prácticamente con su periodo de traslación.
Tomando como ejemplo los 3 primeros grandes satélites de Júpiter, como el más exterior Ganímedes tiene un periodo de revolución de 7.3 días, desde Ganímedes tanto Io como  Europa tienen también un periodo de fases de 7.3 días, tal como se ha dicho, y lo mismo Ganímedes desde Io o desde Europa.

 Pero en general para cualquier par de satélites de cualquier planeta que no estén en resonancia, la duración puede ser muy diferente, unas lunaciones bastante más largas que otras, aunque el promedio también es el periodo del más externo.

Para concretar supongamos dos satélites tales que el periodo del segundo es 1.5 veces el del primero (resonancia 3:2), por ejemplo Titania y Oberón, los dos satélites principales de Urano, en una época de  fases normales.
Si el satélite externo está en fase llena (visto desde el planeta) en el punto E 2 en el momento que el satélite interno está en I 2  verá al otro menguando, porque ya lo vio lleno en las posiciones 1. A al cabo de una vuelta del externo de nuevo será fase llena (en E 3), pero el satélite interno puede estar en otro sitio, por ejemplo en I 3 (si da una vuelta y media o dos y media mientras E da una) y lo verá creciente porque hasta las posiciones 4 no lo verá lleno. Así de una fase llena a otra (de 1 a 4) pasa más tiempo que el periodo del satélite externo (de 2 a 3). En otras situaciones será menos tiempo.


Pero si la situación es la del siguiente gráfico, cuando visto desde el planeta E está lleno (en E1) I está en I 1. Hasta la posición 2 no se verá lleno desde E (I2, E2) y volverá a verse lleno en el punto 3, antes de que E cumpla su traslación real y vuelva a verse lleno desde el planeta.                                              
Así, la lunación de E visto desde I es menor (de 2 a 3) que el periodo de traslación de E (de 1 a 4)


En este caso concreto, como la segunda situación es la continuación de la primera, alternarían lunaciones más largas y más cortas, compensándose una con la siguiente. En otros casos en que la relación entre los periodos no sea de números enteros exactos la situación sería más irregular.
El ejemplo corresponde a la situación aproximada de Titania y Oberón, los 2 mayores satélites de Urano o  la de Despina y Larisa de Neptuno

Movimiento de los planetas en el cielo de los satélites
Tal como se ha dicho, desde de casi todos los satélites su planeta permanece en la misma zona del cielo debido a que muestran siempre la misma cara al planeta por la rotación síncrona. De todas formas hay ligeras variaciones,  lo mismo que desde aquí observamos las libraciones de la Luna y por lo tanto desde nuestro satélite la Tierra oscila en su cielo

El planeta se verá fijo si la órbita del satélite es circular y el eje de rotación perpendicular al plano de la órbita.
En caso contrario se produce la oscilación: Por un lado la inclinación del eje de rotación del satélite respecto al plano orbital, hace que se vea al planeta oscilar en sentido Norte-Sur (visto en dirección Sur hacia ariba y abajo, y el Dirección Este u Oeste a la izquierda y derecha del horizonte) lo mismo que nosotros vemos culminar el Sol a diferentes alturas según la estación.
Por ejemplo esta oscilación es muy leve en los 3 primeros satélites galileanos.
Visto desde Io, Júpiter oscila levemente mientras cambia de fase.

Y es muy evidente por ejemplo desde Tritón el mayor satélite de Neptuno.

Por otra parte, si la órbita es relativamente excéntrica se produce una oscilación del planeta en el cielo del satélite en sentido Este-Oeste.

Frecuentemente se producen las dos circunstancias y puede haber una oscilación en forma ovalada o incluso en forma de ocho, un analema análogo a la ecuación del tiempo en la Tierra, ya que también la inclinación del eje terrestre, y la excentricidad de su órbita es lo que origina esta curva desde nuestro planeta.
Júpiter desde Ganímedes y Saturno desde Jápeto
Sin embargo hay una diferencia clara: Desde la Tierra para trazar la curva hay que unir los puntos en que está el Sol cada día a una misma hora, mientras que desde los satélites se vería directamente en la trayectoria continua del planeta.
Ya tienes otro criterio para elegir destino, ver los planetas mecerse suavemente mientras cambian de fase. Puedes elegir el que más te agrade.

Debido a estos movimientos, en cada satélite habrá algún lugar desde donde habitualmente no se vea el planeta, pero de vez en cuando (periodo de traslación del satélite) se asome por el horizonte, impresionante, para volver a esconderse, tal como se detalló un ejemplo en el anterior post. Los hoteles que se edifiquen en estos lugares tendrán temporada alta en esos días.
Desde otro lugar de Japeto, Saturno aparece  y desparece con unas trayectorias extrañas
El momento del día y la fase del planeta
La fase que el planeta muestre a un satélite depende de la posición de éste en su órbita y la dirección de los rayos solares. Debido a la rotación capturada que tienen la mayoría de satélites, en general sus días son muy largos y duran casi lo mismo que su traslación (*). Por ello desde cada lugar concreto del satélite podría saberse la hora local a partir de la fase del planeta.

Por ejemplo si nos situamos en un lugar del hemisferio Norte del satélite que tenga a su planeta en el Sur (punto A), se verá en fase llena a media noche, en cuarto creciente al atardecer, cuarto menguante al amanecer y nueva a mediodía. Pero si vemos al planeta situado en el horizonte Este quiere decir que nos hemos movido 90º hacia el Oeste y desde allí se verá el planeta lleno al atardecer, y en cuarto menguante a media noche.

(*) En el caso de la Luna su día dura 29.5 días (periodo de fases) y su traslación 27.3 (ver 28 días, el bulo de la Luna). Sin embargo en planetas exteriores esta diferencia es menor, y será más pequeña cuanto más rápida sea la traslación del satélite y sobre todo cuanto más alejado está el planeta del Sol, ya que su año será mayor y recorre un menor ángulo en cada mencionada traslación del satélite, como se ve en el gráfico:



En el punto 1 se produce la fase nueva del planeta (llena del satélite). En el punto 2 el satélite ha cumplido una rotación (y una traslación), pero como el planeta se ha movido, no se cumple un día hasta el punto 3, donde nuevamente se repite la fase inicial.
Si el planeta está más lejos del Sol (caso B), en el tiempo del momento 1 al 2 (una traslación del satélite) su recorrido es más pequeño, y por lo tanto el ángulo que debe girar de 2 a 3 también, con lo que la duración  de la traslación (de 1 a 2) es más parecida a la lunación (de 1 a 3). A partir de Júpiter son prácticamente iguales.

Júpiter está casi quieto en el cielo de los 3 primeros satélites galileanos y oscila en el cuarto, Calisto.  La excentricidad de las órbitas es casi 0, por lo que no se ve moverse a Júpiter en sentido Este-Oeste.

Eclipses y ocultaciones
Con un número elevado de satélites, desde cualquiera de ellos será muy frecuente la ocurrencia de eclipses o de ocultaciones entre ellos y sobre todo ocultaciones de un satélite por el planeta. Y  más en los numerosos casos en que, tal como se vio, el planeta ocupa gran tamaño en el cielo. Por ejemplo desde Io y Europa hay eclipse de sol en cada pasada (cada día del satélite) y desde otro de ellos (por ejemplo desde Ganímedes) se verá en ese momento un eclipse “de luna”.
En esta posición desde Io se vería un eclipse de Sol, desde Europa se vería un eclipse de Io en cuarto creciente y una ocultación de Ganímedes en menguante


Considerando la sombra del planeta, desde un satélite exterior, el interior puede sufrir eclipses en cualquier fase, pero desde el interior, el exterior se eclipsará siempre en fase próxima a llena. 

Pero también se producen, en ocasiones, eclipses de un satélite por la sombra de otro. En el caso de Júpiter se les conoce como fenómenos mutuos y ocurren durante intervalos de unos cuantos meses, separados por 6 años, en los equinoccios de Júpiter. Dentro de un par de años los podremos observar con un telescopio, aunque mucho más impresionante sería verlo, en cualquier fase, desde otro de los satélites.

martes, 26 de marzo de 2019

Viajando por los satélites (1)

Una vez analizados los cielos de los diferentes planetas del Sistema Solar en varios artículos de este blog, voy a intentar elucubrar cómo se verían los astros desde algunos de sus satélites.

Muy posiblemente dentro de un tiempo (mucho tiempo) se organizarán viajes turísticos por el Sistema Solar. Nuevos sistemas de propulsión permitirán organizar nuestras vacaciones por los distintos astros.

Si estás pensando en planificar  un viaje de esos y no te quieres limitar a las rutas clásicas te voy a dar alguna idea. 
Aunque bien pensado, si alguna vez se hace turismo por el Sistema Solar, los diferentes destinos estarán situados mayoritariamente en los satélites, ya que excepto Mercurio y Marte, no podríamos pasear por ningún otro planeta. Con superficie gaseosa o en el caso de Venus con temperaturas abrasadoras, sería imposible permanecer allí. En este sentido, solucionados los problemas de la radiación y del frío, los satélites con su superficie sólida serán mucho más acogedores.

El número y la variedad de destinos es grande. Hoy se conocen casi 200 satélites en el sistema solar, concretamente 185 moviéndose alrededor de los 8 planetas, y 11 de varios astros del cinturón de Kuiper, incluído Plutón, siendo Júpiter el que más tiene con 79, aunque no es definitivo porque se siguen descubriendo más.
En esta imagen tomada por la sonda Cassini aparecen 5 satélites de Saturno.
Créditos: NASA-
Gordan Ugarkovic

En general los cielos de los satélites son más llamativos que los de los planetas, al menos porque si espectacular puede ser la visión de un satélite desde el planeta, mucho más lo será el planeta visto desde el satélite, por ser mucho más grande, y destacará claramente en el cielo, donde en algunos casos se ven enormes ocupando una gran zona que apenas abarcaría nuestra mirada. Desde luego, será el fondo de la mayoría de los selfies.

Montaje en el que aparece Júpiter y el Sol (a la izquierda de la imagen) vistos desde Ganímedes, el mayor satélite del Sistema Solar.
Por ejemplo si estuviésemos en Ganímedes, el mayor de los satélites de Júpiter, y de todo el Sistema Solar, veríamos su planeta de un tamaño de 7 grados (14 veces más grande que como vemos la Luna desde aquí) y el Sol (circulito amarillo a la izquierda) de solo una décima de grado (la quinta parte que desde aquí)

Como solo el satélite de Saturno Titán tiene atmósfera apreciable, desde todos los demás se verían las estrellas también de día, y la forma de las constelaciones no cambia respecto a las que vemos desde la Tierra, porque las distancias a las estrellas son muchísimo mayores que la distancia de aquí a cualquier astro del Sistema Solar. Sí cambiaría la posición de los polos celestes, según la inclinación del eje en cada caso.

Para empezar, veamos una comparación de los tamaños relativos con que se ve cada planeta, desde su satélite más próximo, las imágenes más espectaculares:
Ordenados por tamaños, las 9 visiones más grandes de los planetas desde algunos de sus satélites. Los casos más espectaculares, comparados con la visión de la Tierra desde la Luna

Hay 8 satélites desde donde el planeta se ve ocupando más de 50º, 13 más de 45º , pero todos ellos son de pequeño tamaño y poco significativos. Por ello probablemente no serían paradas de nuestro viaje cósmico y no podríamos ver esas imágenes tan enormes de los planetas.

En este otro gráfico se ve el planeta en su tamaño aparente desde los satélites más destacados en cada caso (en casi todos ellos se han tomado los dos satélites más grandes de cada planeta).
Tamaño del planeta visto desde los satélites más grandes.
No se ha incluido Deimos, el segundo satélite de Marte porque no es interesante estando tan cerca Fobos. Por el contrario sí se ha tenido en cuenta el satélite de Saturno Jápeto, desde donde los anillos se ven mejor que desde otros y es casi del mismo tamaño que el segundo, Rea.
Hay algunas circunstancias comunes al cielo de la mayoría de los satélites: Al tener rotación capturada como la Luna, su planeta permanece casi fijo siempre en la misma zona del cielo, cambia de fase pero apenas se mueve, u oscila con un movimiento de vaivén en torno a un punto, como se detalla en el anexo, y cada fase se corresponde con un momento concreto del día o la noche del satélite.

Sería impresionante tener al enorme planeta casi fijo en el cielo u oscilando en una determinada zona en algunos casos, y desde algunos lugares pegado al horizonte continuamente como un elemento más del paisaje, pudiendo estimar la hora de noche viendo su fase como si fuera un reloj. Además serviría para orientarnos, o para conocer el lugar del satélite en que estamos.
Pero si estamos en la cara oculta del satélite no veremos nunca al planeta, y el cielo será mucho más aburrido, aunque aún en esa zona pero cerca ya de la cara visible tendríamos un bonito espectáculo: Cada periodo de traslación, surgiría el planeta por el horizonte para enseguida retroceder y volver a ocultarse.

Seguramente se construirían hoteles en esta zona, pero si quieres un lugar concreto, por ejemplo vete al satélite de Saturno Jápeto y busca alojamiento por aquí: en la latitud 42 S y longitud  25 W. Elige bien la fecha porque el espectáculo dura apenas 10 días y se repite solo cada 2 meses y medio, y observa el horizonte SW
Desde Jápeto. Imágenes a intervalos de 2 días terrestres

Por supuesto, si quieres ver al planeta salir completamente tienes que viajar un poco hacia el interior de la cara visible de Jápeto,  allí se verá durante más tiempo pero quizás no sea tan impresionante, como surgiendo y asomándose ligeramente por el horizonte.
No solo las fases del planeta, también las de los otros grandes satélites (en los pequeños no se apreciaría) sería un bonito espectáculo con muchos actores cada uno con diferente aspecto.

Desde cualquier satélite se verá al planeta cómo cambia de fase. La duración de este ciclo de fases es la misma que la de la lunación del satélite desde el planeta (aproximadamente el periodo de traslación del satélite) porque desde el satélite se ve al planeta exactamente con la fase contraria a la suya vista desde el planeta, lo mismo que cualquier par de satélites, visto uno desde otro.
La mecánica de fases de uno de los satélites desde otro de ellos es muy peculiar y en general tanto la duración del ciclo completo como de cada una de las 4 fases suele ser variable, como se explica en el anexo.


Concretando el cielo de algunos satélites, el de la Luna ya fue examinado en un post anterior, así que, como Mercurio y Venus no tienen ninguno, habrá que viajar hacia el exterior del Sistema Solar y empezar por los de Marte.

Lógicamente no voy a analizar todos los satélites, y solo hablaré de los más significativos;

Satélites de Marte
Desde Fobos, el más grande de los dos que posee el planeta rojo.
La imagen de Marte se verá impresionante: A solo unos 6000 kilómetros de su superficie, aparecerá con un tamaño de casi 40º, y se distinguirán detalles en su superficie. No estará totalmente quieto en el cielo, sino que oscila en sentido Norte-Sur 53º

La traslación de Fobos dura solo 7 horas y 39 minutos. Bastante menos que la rotación marciana (24h 40m). Por ello desde Fobos parecerá que Marte rota en sentido contrario. Es decir, se irá viendo una zona de la superficie marciana cada vez más oriental.

Marte impresionante, en fase llena desde Fobos. Si estamos mirando al Sur la fase indica que es medianoche. Pero si lo vemos sobre el horizonte Este es el principio de la noche.

También llamaría la atención un punto de brillo variable que puede llegar a la magnitud -5 y es Deimos, el otro satélite de Marte.

El cielo de Deimos, no tiene un excesivo interés una vez conocido el de Fobos. Aunque Marte desde allí se verá con un tamaño de 18º que puede parecer mucho, comparado con la visión desde Fobos resulta bastante más pequeño, pero eso si, destacará (también desde la cara visible desde Marte) un astro de muy brillante, magnitud -7 que con un tamaño de 3 minutos de arco (la décima parte que la Luna) que se mueve muy rápido cerca del planeta y a su alrededor. Efectivamente, es Fobos.

Satélites de Júpiter:
El cielo de los satélites de Júpiter tiene que ser también muy especial. La visión del gigante gaseoso desde tan cerca permitiría distinguir a simple vista los detalles de su atmósfera.

Desde el satélite Io, Júpiter aparece rotando sobre el fondo estrellado, cambiando de fase pero prácticamente inmóvil, colgado del horizonte.

Además, desde cada uno de los 4 grandes satélites (llamados "galileanos" por su descubridor y que por orden de cercanía al planeta son Io, Europa, Ganímedes y Calisto), se verían los otros 3 de un tamaño, brillo y fase variable. Tamaño entre 4´y 50´ (nosotros vemos la Luna con 30´). 4´ocupa Europa desde Calisto en la situación más lejana, o 50´ Io desde Europa, con lo que se verá  casi el doble de grande que como nosotros vemos la Luna.  Según cada configuración concreta los tamaños aparentes son muy diferentes.
En este montaje desde la superficie helada de Europa, aparece el satélite Io situado junto a Júpiter , y sobre él, el lejano Calisto, al que apenas se le puede apreciar la fase, que es igual a la de los otros dos astros. Esta imagen está bastante más ampliada que la anterior.
De tamaño similar a nuestra luna, sin embargo estos satélites no brillan tanto como ésta porque al estar mucho más lejos del Sol reciben menos luz. Vistos unos desde otros alcanzan unas magnitudes máximas en torno a -7, mientras que la Luna llena llega a -12. Por ejemplo, desde Europa: Io llega a verse hasta una magnitud -8, Ganímedes -7.5, Calisto -7.25. o Ganímedes desde Io hasta -6.7


Debido a las extraordinarias resonancias 1:2:4 de los periodos de Io, Europa y Ganímedes, sus posiciones relativas se repiten periódicamente, y dados 2 de ellos el periodo de fases de uno visto desde el otro es prácticamente igual al periodo de traslación del más exterior: Como Ganímedes tiene un periodo de traslación de 7.3 días, desde allí, Io y  Europa tienen un periodo de fases de 7.3 días y lo mismo Ganímedes desde Io o desde Europa.
Como se verá en el anexo, esto no ocurre en otros casos.

Posiciones sucesivas de Io, Europa y Ganímedes, para analizar sus fases
Las posiciones iniciales corresponden a la situación real. Los 16 pasos (de 1 a 17) representan los 7.3 días del periodo de Ganímedes, durante los cuales Europa da 2 vueltas e Io 4.
Analizando las fases de Europa desde Ganímedes, en 1 fase Llena, en 4 cuarto menguante, en 9 nueva, en 14 c. creciente y en 17 se completa el ciclo con llena
Io desde Europa, en 1 llena, entre 4 y 5 c. menguante, en 9 nueva, entre 13 y 14 c. creciente y en 17 llena
Como las fases de Ganímedes desde otro satélite son las contrarias, los periodos duran lo mismo
Io desde Europa: en 1 nueva, entre 2 y 3 c. creciente, en 5 llena, entre 7 y 8 c. menguante y en 9 se completa el ciclo con la fase nueva. esos 8 intervalos corresponden al periodo de traslación de Europa.

Aparte de los 4 satélites galileanos, todos los demás son mucho más pequeños, pero si queremos perdernos por alguno de ellos yo elegiría a los que les confinan por dentro y por fuera: Tebe, desde donde habría buenas vistas de los 4 grandes y que llega a acercarse a IO a solo 200000 kilómetros, y en ese momento desde el límite entre las zonas visible y oculta se vería pegado al horizonte (por ejemplo Este) de un tamaño de un grado, el doble con el que vemos la Luna, y en la zona contraria  al gigante Júpiter ocupando 35º aunque oculto en parte bajo el horizonte Oeste.

Desde Tebe, en la mayor aproximación de Io se vería de 1º, el doble de grande de lo que vemos la Luna. Al lado opuesto del enorme Júpiter, en la imagen apenas se aprecia porque al ser una panorámica la escala es pequeña.
Después de los 4 grandes hay una enorme distancia hasta el siguiente, un largo viaje 4 veces más lejos de Júpiter que el último de ellos, Calisto, nos llevaría al pequeño Temisto, de solo 8 kilómetros, desde donde Júpiter solo ocuparía un grado y los anteriores satélites se verían apenas como puntos luminosos pero podrían observarse sus movimientos alrededor del planeta y sus sorprendentes resonancias, que se moverían dentro de un espacio de solo 30º.
Júpiter y los cuatro satélites galileanos vistos desde Temisto

Satélites de Saturno.
El sistema de satélites de Saturno es el más interesante por algunos curiosos fenómenos que se producen entre ellos.

Se suele elucubrar con lo impresionante que debería verse el planeta anillado, de cerca, desde alguno de sus satélites. Incluso se puede encontrar representaciones de estas imágenes, sobre todo desde Titán, como máximo y más famoso representante.
Sin embargo lo más probable es que este enorme satélite (mayor que Mercurio) nunca entre en los circuitos turísticos. Por un lado desde allí, como desde la mayoría de los satélites  la vista de Saturno no sería es demasiado espectacular porque se mueven en el plano ecuatorial con lo que los anillos están siempre casi de canto y son muy estrechos, casi inapreciables.  Y desgraciadamente esto ocurre también en casi todos de sus principales satélites. Sería mucho más evidente la sombra de los anillos sobre el planeta, que va moviéndose por encima o debajo del ecuador según la estación.

En Titán en concreto hay otro obstáculo mayor, y es que su atmósfera (es el único satélite que la tiene) no deja pasar la luz visible, por lo que desde su superficie no se ven los astros del cielo.
Un destino mucho más interesante es Jápeto ya que por tener su órbita casi 16º inclinada respecto a la eclíptica, aunque el tamaño aparente del planeta no sería muy grande, su imagen sería mucho más impresionante porque ahora sí, se verían bien los anillos.
Imagen de Saturno desde la capa superior de la atmósfera de Titán (se aprecia la sombra de los anillos, pero apenas se intuyen éstos) y desde Japeto, ambos a la misma escala.

Desde la Tierra con un telescopio, se puede ver como va cambiando la orientación de los anillos y cada 15 años se sitúan de canto y son inobservables. Desde Jápeto se vería este proceso directamente y estarían de perfil cada 20 días. Sería una buena referencia para medir el tiempo.

En el sistema de Saturno está el par de satélites que más se acercan entre sí. Por un lado Dafne y Atlas llegan a estar separados por solo 650 kilómetros. Aunque ambos son pequeños, el extrañísimo perfil de Atlas (que parece un platillo volante) llega a verse con un tamaño aparente de 3º desde el extraordinario Dafne, cuando lo adelanta. Pero sería inobservable durante la mayor parte del tiempo, en que se alejaría enormemente.
 Desde Dafne, cuando se levanta ligeramente por encima de los anillos y Atlas está en esa zona llegaría a verse claramente a solo 670 km, en el borde de los mismos, 6 veces más grande que como nosotros vemos a Luna (representada en el recuadro)
Por otra parte, los satélites Jano y Epimeteo también llegan a acercarse mucho, pero uno detrás de otro, como persiguiéndose,  antes de que intercambien su órbita en un proceso muy curioso que relaté en “Magia en el sexto planeta”. 
Visto uno de ellos desde el otro, cada 4 años la imagen puede ser aterradora porque se va acercando y aumentando su tamaño aparente, como si fuera a caer encima.
Jano y Epimeteo se acercan, y cuando el choque parece inevitable la atracción gravitatoria les salva. NASA.

También existen dos sistemas de astros troyanos: 3 satélites que comparten órbita y se mueven a la par sin cambiar sus posiciones relativas. Por un lado están Tetis, Telesto y Calipso. Vistos desde Tetis, los otros dos aparecerían siempre a 60º de Saturno a ambos lados, y como éste apenas se mueve en su cielo, los otros dos tampoco. 
Lo mismo ocurre con el trío formado por Dione, Helena y Pollux, aunque este último varía ligeramente su posición. 
A la izquierda los dos tríos de satélites en configuración troyana. En cada trío se mantienen las posiciones relativas.
A la derecha la visión desde Calipso de Saturno, Telesto y Tetis que se les ve oscilar levemente sobre el horizonte manteniendo sus distancias angulares. En esta representación los astros no están a escala.
Otro satélite interesante, aunque de pequeño tamaño de apenas 300 metros, sería Hiperión. Si a pesar de su curiosa y escarpada orografía pudiésemos llegar a su superficie y desde allí mirar el cielo, quizás pensemos que estamos mareados del viaje, porque los movimientos aparentes de los astros nos parecerán extraños. No podríamos orientarnos ni saber por dónde saldrá el Sol al día siguiente, ya que Hiperión tiene rotación caótica.

Como este viaje se va haciendo un poco largo, lo voy a dividir en dos etapas. Nos quedaremos unos días quitando el mareo y descansando en Hiperión (si conseguimos acampar en el irregular suelo), durante los cuales no nos aburriremos porque podemos jugar a adivinar por donde saldrá el Sol, o Saturno, la próxima vez. Probablemente para preservar la extraordinaria superficie de Hiperión sea declarado terreno no urbanizable y no habrá Hoteles.

En el siguiente post completaremos el viaje por la zona más externa del Sistema Solar y aparecerá también el anexo opcional con explicaciones más técnicas que han quedado pendientes.