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

lunes, 21 de diciembre de 2015

22 de diciembre ¿El día más largo?

Para quienes vivimos en el hemisferio Norte es evidente que en estas fechas el Sol sale muy tarde y se pone muy pronto, dejándonos los días muy cortos.
Hemos oído muchas veces que precisamente el día del solsticio de invierno (este año el día 22, con comienzo de la nueva estación a las 4:48 UT, 5:48 hora europea central) es el más corto del año. Por ejemplo en la latitud 40º Norte dura poco menos de 9 horas, frente a las más de 15 del otro solsticio.
Quienes vivís en el hemisferio Sur ahora tenéis más suerte. Ahí es el día más largo con el comienzo del verano austral.
Esquema de las trayectorias del Sol desde un lugar de latitud media del hemisferio Norte en solsticios y equinoccios
Si embargo si alguien os dijera que también en el hemisferio Norte el día 22 de diciembre es el día más largo, puede que no esté de broma porque es cierto.


Esta contradicción evidentemente exige una explicación.
Si es el día más corto, ¿Cómo va a ser el más largo? Porque depende del significado de la palabra “DIA”.
No voy a buscarle tres pies al gato, como suele decirse, ni utilizar ninguna extraña definición técnica para justificarlo. En el lenguaje coloquial utilizamos habitualmente el término “día” con dos significados diferentes:

1 - El día frente a la noche. El periodo de tiempo que pasa desde que sale el Sol hasta que se pone.
2 - El día completo, día más noche. Una fecha.

Este segundo significado es incluso de uso más habitual que el anterior. Por ejemplo a la pregunta ¿Cuánto dura un día? Todo el mundo responde 24 horas; y si hoy es lunes y decimos que “dentro de 3 días” de madrugada ocurrirá un eclipse, nos estamos refiriendo al jueves, independientemente de que lo digamos por la mañana o por la tarde, cuando de los “otros días” solo faltan 2.
Inconscientemente utilizamos uno u otro significado según el caso y por el contexto nuestro interlocutor siempre sabe a qué nos estamos refiriendo.
Según la primera idea el 22 de diciembre es el día más corto en el hemisferio Norte (algunos años el 21). Pero de acuerdo con la segunda, ese mismo día es el más largo en todo el planeta (a veces el 23).
Los días de 24 horas, ¿son diferentes unos de otros?
Puede pensarse que si estos días tienen 24 horas, todos son iguales y no hay ninguno más largo. Pero no es así. El valor medio a lo largo del año de la duración de estos días es de 24 horas, aunque en realidad unos son más largos que otros aunque solo sea por unos segundos.

Astronómicamente se definió el día como el periodo de tiempo que transcurre desde dos pasos consecutivos del Sol por el meridiano local  (lo que ocurre justo en dirección Sur a mediodía). Día más noche.
Por motivos prácticos se consideró luego (en 1925) el inicio del día astronómico a medianoche con el paso del Sol por el meridiano opuesto.

El proceso día-noche se debe al movimiento aparente del Sol, aunque todos sabemos que es consecuencia de los movimientos de la Tierra. No se debe solo a la rotación, como se suele pensar, sino también a la traslación. Aunque la rotación es uniforme, la traslación no lo es y ésto provoca dos efectos que repercuten en la diferente duración del día.

A) - La rotación terrestre dura 23 horas y 56 minutos. Cuando la Tierra ha dado una vuelta sobre su eje las estrellas volveremos a verlas donde estaban al comienzo, pero el Sol aparece desplazado un poco porque en realidad se ha movido la Tierra a su alrededor y ya no está en la posición inicial, tal como se aprecia en el siguiente gráfico. Tiene que continuar rotando unos 4 minutos más para completar las 24 horas y ahora si, el Sol vuelva a estar en al meridiano.


En la posición 1 en el punto donde arranca la flecha es mediodía. En 2 se ha completado una rotación después de 23h 56m.   En 3 se ha completado el día porque vuelve a ser mediodía en el mismo punto.









Como se ha dicho, la rotación es uniforme, pero la traslación no, y por este motivo esos 4 minutos pueden ser unos segundos más o unos segundos menos y por ello habrá días más cortos que 24 horas, y más largos.  
B) – Visto desde aquí, el Sol no se mueve perpendicular al meridiano. A lo largo del año recorre la eclíptica y el recorrido que debe hacer Sol desde que pasa por el meridiano hasta que vuelva a hacerlo para completar así el día, puede realizarlo por el camino más corto (dirección casi perpendicular al meridiano) o por otro más largo según la estación y lógicamente tardará algo más, o algo menos.
Debido a la suma de los efectos que producen estas dos circunstancias, cada día tiene una duración ligeramente diferente de 24 horas, y, nuestro día (día más noche) más largo del año es el 22 de diciembre. Su duración es 24 horas y 30 segundos.



Si eres de los que les gusta llegar hasta el final cuando se trata de aclarar motivos, aquí tienes la misma explicación más detallada, de los efectos de la diferente velocidad de la Tierra según la posición en su órbita cerca del perihelio o afelio A) , y del diferente camino que le Sol recorre según esté cerca de solsticios o equinoccios B)

A) Los días próximos al perihelio son más largos que en el afelio
Según la Tierra se encuentre próxima al perihelio o al afelio (más cercana o más lejana del Sol, necesitará unos segundos más de esos 4 minutos o unos segundo menos, como se aprecia en el siguiente gráfico.
1- Comienzo del día  y de la rotación. 2- Media rotación. 3- Se completa la rotación. 4- Se completa el día
En la proximidades del perihelio la Tierra se traslada más deprisa. En una rotación (paso de 1 a 3) se ha movido más respecto al Sol, visto desde aquí el Sol se ha desplazado más, y el ángulo que debe girar (de las posición 3 a la 4) para completar el día y que la flecha vuelva apuntar al Sol, es mayor que en el afelio y tardará más que los 4 minutos de media.
Por contra, cerca del afelio el día se completa antes de esos 4 minutos y los días son más cortos

B) Los días en las proximidades de los solsticios son más largos que en los equinoccios.
Situación en los equinoccios: La eclíptica está inclinada respecto al ecuador en la zona donde está el Sol

Un  punto del ecuador se movería uniformemente, respecto al meridiano. Si el Sol estuviera en el ecuador pasaría a de A a B en 24 horas. Aproximadamente se habría movido casi 1º en ese ecuador. (360º /365 días=0,986)
Pero en realidad se ha movido ese ángulo en la eclíptica y ha pasado de A a B´. Volverá a pasar por el meridiano el Sol real (en B´) antes que el teórico (en B)
Por ello en las proximidades de los equinoccios el día dura menos que la media
Situación en los solsticios

En los solsticios no ocurre este efecto porque el ecuador y la eclíptica son prácticamente paralelos en el lugar donde está el Sol , y estos serán los días más largos. La diferencia máxima respecto a la media es apenas de 20 segundos.

Si se consideran cuantitativamente los resultados de los dos efectos y su suma, se obtiene la siguiente gráfica donde se recogen los segundos que cada uno de ellos hace aumentar (o disminuir) la duración del día, a lo largo del año.

La influencia del solsticio-equinoccio (efecto B), línea de color rojo, es mayor que la del perihelio-afelio (efecto A), línea de color azul, pero lo que determina la duración de cada día es la suma de ambas, indicado por la línea negra.
En los solsticios los días son más largos; pero de los dos solsticios, el de diciembre (solsticio de invierno en el hemisferio Norte) está muy cerca del perihelio, que actualmente ocurre hacia el 3 de enero, y al sumar los dos efectos ese día 22 de diciembre (a veces el siguiente) resulta ser el más largo del año.

Si se integra esta gráfica y se va acumulando el retraso o adelanto, se obtiene la conocida como "Ecuación del tiempo" que indica la diferencia en cada fecha de la hora media respecto a la hora solar verdadera que marcan los relojes de Sol, pero ese es otro tema.

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