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

sábado, 19 de marzo de 2016

Ya llega la Primavera

Lo estarás oyendo estos días en muchos lugares: este domingo a las 5:30 de la madrugada comienza la primavera, (5:30 hora Central Europea, que serían las 4:30 en Tiempo Universal). Puede resultar anecdótico, pero de las 4 estaciones, “la de las flores” suele ser la más esperada y la que más veces se cita su comienzo y no solo en los centros comerciales.



Recuerdo muy bien, cuando solo tenía 7 años, la frase (en broma) que oí varias veces a mis compañeros de colegio “Mañana viene mi prima. Sí, viene la prima Vera”. Nunca en aquella época me enteré de cuando empezaba el verano o las otras estaciones.
No solo porque hacer el chiste sería más difícil, sino porque en aquellos años en que no había tantos medios de comunicación que lo difundieran y el enterarte de estas cosas no eran tan habitual, también entonces la primavera era la estación más esperada.
Quizás sea porque a muy poca gente le gusta el invierno, y está deseando que se acabe, y esta idea de que la temperatura vuelva a ser agradable y comience el ciclo vital de la naturaleza después del letargo invernal, ha estado desde es siempre en el pensamiento de todas las civilizaciones.
De hecho el comienzo de esta estación, con la primera luna de primavera, solía ser el punto de arranque del año en la mayoría de los calendarios de la antigüedad.
Hoy con el cambio climático, ya no están las cosas tan claras, pero estos días estamos oyendo continuamente el dato del día y la hora, en que se produce el equinoccio, que por cierto, no debemos olvidar que en el hemisferio Sur es el de otoño.


A veces suelo oír comentarios del tipo: "Pero ¿Por qué tanta meticulosidad, incluso en minutos?"
Si los cambios no son en absoluto drásticos ni nada evidentes de un día a otro ni de una semana a otra (este año por donde yo vivo ni siquiera de un mes a otro, que parece que vamos al revés, del calor en enero y febrero a las nieves en marzo)  ¿por qué insistir, no solo en una fecha concreta, sino en la hora e incluso los minutos? ¿Qué criterio se sigue?

Hay varias maneras que se suelen utilizar para definir el momento de comienzo de la primavera y en general cualquiera de las estaciones.
Se puede hacer a partir de los puntos de salida y puesta del Sol, de la posición del Sol respecto al ecuador celeste, de la duración del día y la noche, la longitud de las sombras, la orientación del eje terrestre respecto al Sol, la comparación de la dirección de los radios vectores de la Tierra en solsticios y equinoccios, El cambio drástico de iluminación en los polos …etc.
Casi todos estos criterios, y otros más, pueden ser válidos para definir el comienzo. Unos se refieren a aspectos técnicos de la órbita terrestre y la situación de nuestro planeta en ella, que son las causas de la situación, y otras a las consecuencias que podemos observar desde aquí.

Aunque para definir cualquier fenómeno con precisión, las causas deben ser lo importante, y  es lo que los astrónomos utilizan para determinar el momento exacto del equinoccio, está claro que para cualquier persona es más fácil hablar de las consecuencias, porque es lo que vemos.
A partir de esas consecuencias se puede averiguar fácilmente el día en que se produce el equinoccio, e incluso la hora si dispusiésemos de instrumentos muy precisos, aunque evidentemente hoy en día se calculan previamente a partir de las causas y la definición teórica, programándolo en un ordenador que nos dará el resultado con exactitud.
Pero ya en la antigüedad sabían exactamente la fechas concreta del comienzo de la primavera, y ni siquiera sabían que la Tierra se moviese.
Un ejemplo concreto, cuyas consecuencias nos han llegado hasta nuestros días, es el origen del calendario judío a partir de la Luna y el equinoccio de Primavera, que para mantener las referencias de la muerte de Cristo, la iglesia católica sigue utilizando y moviendo las fechas de la Semana Santa (puedes verlo aquí )

Observando los efectos:

1- El indicador más sencillo que podemos utilizar para saber por nosotros mismos, desde casa, cuándo empieza la primavera, es el punto del horizonte por el que el Sol sale o se pone.
Más fácil la puesta, porque a la hora de salida del Sol no solemos estar en disposición de realizar una observación detallada, e incluso estar a la espera de que se produzca.

Aunque siempre se dice que el Sol sale por el Este y se pone por el Oeste, esto es solo una aproximación y esos puntos son los lugares promedio de todo el año. Con un par de puestas de Sol que veamos desde un mismo lugar en fechas diferentes será evidente que no siempre se pone el Sol por el mismo sitio. En invierno no se pone por el Oeste, sino más hacia el Suroeste (si estás en el hemisferio Sur, por el Noroeste), y según va avanzando esta estación cada vez más cerca del Oeste (cada vez más a la derecha si estás en el hemisferio Norte). El día que se pone exactamente (bueno, lo más cerca) por el Oeste, ese es precisamente el día del equinoccio de primavera.
Como luego se cita, el día del equinoccio de otoño el Sol también se pone por ese mismo lugar.
Este método es válido en condiciones ideales, si lo ves ponerse a nivel del mar. Como lo habitual es que no sea así, habría que hacer una corrección, nada fácil para alguien no experto. Pero te sugiero que hagas lo siguiente: Fíjate bien desde una ventana de tu casa, o desde un lugar concreto al que tengas fácil acceso diariamente, por dónde se pone este domingo día 20 de marzo, si puedes haz una foto de la puesta de Sol con zoom para tener más detalle. No importa que sea un punto de un monte alto, una antena de una casa lejana, o un árbol.
Ese punto es tu referencia, y a partir del próximo año, podrás comprobar que cuando el sol (poniéndose cada día más a la derecha si estás en el hemisferio Norte) vuelva a ponerse por ese mismo lugar, ese día empieza la primavera. Lo de “cada día más a la derecha” es porque a lo largo del año habrá otro día que también se oculte por ese lugar: en el comienzo del otoño. Pero en ese caso la variación será hacia la “izquierda”.
En el hemisferio Sur todas estas referencias son en sentido contrario.

2- El equinoccio es también el día que el Sol alcanza una altura máxima igual a la colatitud del lugar. La colatitud es el ángulo complementario de la latitud. Por ejemplo si vives, como yo, en una latitud 43º, la colatitud es 47º (90º-43º)
El Sol sale, por la mañana va ganando altura, y a la tarde va bajando. La altura máxima la alcanza al mediodía (no coincide con una hora concreta de nuestro reloj adulterado por los políticos, pero sí coincide con las 12 de un reloj solar) exactamente en dirección sur. Midiendo esa altura (cada día es diferente), el día que alcance exactamente una altura igual a la colatitud, ese es el equinoccio (de primavera o de otoño).

3- La medida del mencionado ángulo de manera directa puede ser muy problemática, por lo que es más adecuado utilizar las sombras:
Así se obtiene otro método un poco más técnico pero que no tiene mucha dificultad y es muy didáctico. Esencialmente es lo mismo que el método 2 pero calculando la longitud que deberá tener la sombra de un objeto (un edificio, el poste de una portería, …) cuando el ángulo sea la colatitud. 
Esto lo puedes calcular utilizando fórmulas de trigonometría o dibujando un triángulo proporcional en un papel y trazando el ángulo con un transportador.
En el anexo, en su último apartado, se explica con más detalle.

4- La manida frase de que el día que empieza la primavera la duración de la noche y la del día son iguales (de ahí proviene la palabra equinoccio). No es útil para su determinación práctica, porque esa frase es solo teórica. En la práctica no se cumple por dos razones, como se explicará también luego. En mi latitud (43ºN) la noche del 20 de marzo es aproximadamente un cuarto de hora más corta que el día, siendo esta diferencia mayor cuanto mayor es la latitud. También más aclaraciones en el anexo.

5- El Sol en cada momento se encuentra en la vertical de un único punto de la Tierra, que técnicamente se llama punto subsolar. Durante el otoño e invierno (del Hemisferio Norte) ese punto está en el Hemisferio Sur terrestre. Un objeto vertical situado en él no produce sombra. Si fuésemos capaces de conocer lo que está ocurriendo en cualquier lugar del mundo respecto a esa circunstancia (comunicándonos por teléfono con diferentes personas que pudiesen comprobar esas sombras, o utilizando nosotros un globo terráqueo paralelo - recurso didáctico muy útil que alguna vez explicaré-) podríamos averiguar cuándo el punto subsolar pasa del hemisferio Sur al Norte. Entonces empieza la primavera. El momento exacto es prácticamente imposible porque las sombras se mueven despacio, pero el día podría averiguarse. 

Si hemos hecho mediciones en las experiencias reseñadas en los apartados 1, o 3 o incluso 5, en días anteriores al equinoccio y evaluamos cómo van evolucionando, podríamos ser capaces de predecir con esos datos, con alguna antelación, cuándo ocurrirá en un próximo año.

Ya tienes la fecha. Pero ¿La hora?

Eso, desde luego, no está en tus manos y lo debe calcular un astrónomo con algún instrumento preciso o previamente haciendo cálculos no muy sencillos.
Si queremos determinar la hora exacta, hay que recurrir a una definición astronómica que nos dará precisión.
Para ello hay que utilizar la definición basada en las causas de las estaciones.

Examinando las causas, que son los dos movimientos principales  de la Tierra

El eje de rotación no está perpendicular al plano de traslación. En vez de estar vertical (supuesto horizontal el plano que contiene la órbita), se encuentra inclinado. Ese es el motivo de las estaciones.
Debido a la inclinación del eje, en primavera y verano el Sol lo vemos más alto y durante más horas, y por eso calienta más.
Por ejemplo en Mercurio no hay estaciones porque el eje de rotación es perpendicular a la órbita. Bueno, allí ocurren otras circunstancias mucho mas extrañas que condicionan la temperatura, pero los lugares de salida y puesta del Sol, y su recorrido por el cielo de Mercurio, son siempre los mismos.

En estos gráficos, vemos las situaciones en el comienzo de cada estación. El de la derecha está en perspectiva y por eso la órbita de la Tierra aparece deformada, ya que en realidad es prácticamente circular con el Sol ligeramente separado del centro.

Estaciones en el hemisferio Norte
A causa de estas situaciones el Sol lo vemos desde la Tierra, según la estación, por debajo o por encima del plano del ecuador celeste (prolongación en el espacio del plano ecuatorial terrestre, que es la línea inclinada que separa la zona azulada y la zona rojiza en el siguiente gráfico). 
El siguiente gráfico es equivalente a los anteriores, pero ahora visto de perfil, y separadas las posiciones en el comienzo del invierno, verano y primavera.
La línea horizontal a puntos y trazos es, al igual que en el gráfico anterior,  la órbita de la Tierra (la eclíptica), que en esta representación queda una línea recta (más exactamente, un segmento rectilíneo).


Explicaciones de los gráficos:
1- Posición correspondiente al solsticio de Invierno, cuando comienza esta estación.
Durante el invierno y el otoño (en el hemisferio Norte) el Sol está por debajo del plano del ecuador. (En el hemisferio Sur celeste, zona azulada)

2- Solsticio de Verano, cuando comienza dicha estación.
Durante el verano y la primavera (en el hemisferio Norte) el Sol está por encima del plano del ecuador (En el hemisferio Norte celeste, zona rojiza)

3- Equinoccio de Primavera.
La primavera comienza exactamente cuando el Sol (más concretamente el centro del Sol) pasa de la zona azulada a la zona rojiza (del hemisferio Sur celeste al hemisferio Norte celeste), atravesando el plano del ecuador. Eso se produce en un instante concreto y por eso puede calcularse la hora, minuto, e incluso segundo, en que comienza la primavera.
Cuando se dice “arriba” se refiere el Norte, según el estándar más usado, sin ninguna otra connotación.

Aunque esta situación se debe a los movimientos de la Tierra, aún sin conocer la verdadera realidad de los mismos en la antigüedad, sería posible calcular ese momento si se dispusiera de instrumentos de medición precisos, porque estas situaciones se reflejan claramente en nuestro cielo. 

En el siguiente gráfico se representa el recorrido del Sol el día del equinoccio de Primavera respecto al horizonte, y el momento exacto en que ocurriría en el caso en que fuese de día, concretamente por la mañana.
La diferencia entre las dos líneas (ecuador-contínua- y trayectoria del Sol -a trazos-) está exagerada.
El ecuador celeste se proyecta en nuestro cielo como una semicircunferencia (o un arco de elipse, según la representación en dos dimensiones) que corta al horizonte exactamente en los puntos cardinales Este y Oeste, alcanzando la máxima altura exactamente en dirección Sur,(si estamos en el hemisferio Norte), siendo esta altura la colatitud del lugar (90º - latitud). Esta referencia semicircular está fija respecto a nuestro horizonte, aunque veamos moverse a los astros respecto a él.
En invierno y otoño vemos el Sol en la zona azulada-verdosa, en verano y primavera en la zona rojiza, y en el momento preciso en que atraviesa la frontera es cuando se produce el equinoccio de primavera o de otoño. En este ejemplo del gráfico, ocurriría por la mañana.

ANEXOS:

Como de costumbre, en este anexo se recogen algunos datos de interés relacionados con el tema, por si quieres profundizar más, y alguna aclaración sobre lo citado antes.  En este caso, son cuatro cuestiones diferentes.

1-       Por qué este año la primavera empieza tan pronto :
 Estamos acostumbrados a oír que el comienzo de esta estación es es el día 21, pero este año es el 20, y además al principio de esa fecha: La razón es que este año es bisiesto.
Si no hubiésemos añadido el 29 de febrero, la fecha que “llamamos” 20 de marzo, la llamaríamos 21 de marzo, y todo normal.
Como la duración del año es aproximadamente de 365 días y 6 horas, si tomamos años normales de 365 días, las estaciones empezarán cada año 6 horas más tarde aproximadamente. Pero cada 4 años se añade un día que se ha acumulado de error y vuelve hacia atrás la fecha del comienzo de las estaciones.
Hay otras pequeñas variaciones en la órbita terrestre, pero son insignificantes frente al tema de los bisiestos, y tampoco son justo las 6 horas mencionadas (unos 11 minutos menos), por lo que todo va poco a poco adelantándose y en 2040 la primavera empezará en día 19 de marzo.
En el post que edité con motivo del comienzo del otoño puedes ver unos gráficos sobre este asunto, bastante clarificadores, al final del mismo

Por lo tanto. la variación en la fecha de comienzo de las estaciones de un año a otro no se debe a extrañas causas naturales, sino fundamentalmente a las veleidades de nuestro calendario, que no lo hemos podido hacer más regular, simplemente  porque que la duración del año no es un múltiplo exacto de la duración del día.

2- Comienzo simultáneo en todo el mundo.
 El comienzo de las estaciones no depende del lugar de la Tierra donde estemos, porque es un hecho objetivo que ocurre en un momento concreto, a diferencia del comienzo del año, o de cualquier fecha.
Por eso, según el país, ocurre a diferente hora local hora e incluso en diferente día. 
Aunque oficialmente (astronómicamente en horario T.U. y en horario Europeo Central) este año 2016 la primavera empieza el día 20, como lo hace muy temprano, en muchos lugares mundo (por ejemplo en parte de América y Pacífico) será el día 19.

3- ¿Duran igual la noche y el día?
Es muy curioso que la palabra “equinoccio” etimológicamente significa IGUAL NOCHE (que el día), y por ello suele decirse que cuando empieza la primavera, la duración del día y la noche son iguales.
Teóricamente debería ser así, pero por diferentes causas no ocurre esto. De hecho en la latitud 43º N el 20 de marzo la noche es aproximadamente un cuarto de hora más corta que el día. A mayor latitud esta diferencia se amplía.
- Por un lado, las definiciones y los cálculos teóricos se hacen teniendo en cuenta la posición del centro del disco solar. Pero el comienzo del día se considera cuando surge el borde superior del Sol, que evidentemente ocurre antes (la diferencia es siempre mayor de un minuto, pero depende de la latitud). Lo mismo sucede con la puesta.
Por otra parte, el fenómeno de la refracción hace que veamos el Sol más alto de lo que está en realidad, por lo que aparece por el horizonte "antes" de lo que los cálculos teóricos lo determinan, y lo seguimos viendo cuando ya se ha ido.  
Estos dos factores hacen que en realidad en esta fecha el día sea más largo que la noche, en contra de lo que se suele decir. En la latitud 40º (por poner otro ejemplo) la duración del día y la noche fue la misma (12 horas) el 16 de marzo, ¡4 días antes del equinoccio!

Además hay otro problema en lo que cada persona considere "día o noche", porque puede ser relativo. Si después de 10 minutos de haberse ido el Sol preguntamos a cualquiera, probablemente nos diga que todavía es de día.

4- Cálculo del día del equinoccio utilizando sombras: Un ejemplo didáctico.
Este es un método relativamente sencillo para averiguar cuál el día del equinoccio.
Cualquier día del año al mediodía el Sol está en dirección Sur (si estamos en el hemisferio Sur, en dirección Norte). Su sombra por lo tanto, se dirigirá al Norte.
El día del equinoccio la altura del Sol a esa hora será la colatitud del lugar (90º-latitud)
Pongo el ejemplo con datos concretos para que sea más fácil de seguir, y luego se puede adaptar a otras circunstancias.


Si utilizo la sombra de una portería de Balonmano o Futbol-Sala, su altura es 2.08 metros (reglamentariamente)
Si estoy en un lugar de latitud 43º, la colatitud será 47º (90º-43º), por lo que la longitud de la sombra al mediodía del día del equinoccio debe medir 1.94 metros (2.08/ArcTan 47º=1.94) Lo obtengo con una calculadora, o dibujando el triángulo en un papel 10 veces más pequeño, utilizando un transportador (trazo el ángulo superior de 43º), midiendo con una regla, y multiplico por 10 el dato obtenido del lado inferior.
Comenzando en la base de la portería, debo pintar una línea exactamente en dirección Norte y de 1.94 metros de largo  (en la imagen de color verde).
Los días de invierno comprobaré que cuando la sombra de la portería está sobre la línea verde, su longitud es mayor que la de la línea, pero cada día se aproxima más. Es el ejemplo que se ve en la foto.
El día que su longitud coincida, ¡Ese es el equinoccio!
A diferencia, por ejemplo de los solsticios, en estas fechas la variación de la longitud de las sombras a una determinada hora es bastante rápida, casi 3 centímetros de un día a otro en el caso de la portería de balonmano a mediodía, con lo que si el cielo está claro y el Sol luce bien, no tendremos ninguna duda de cuál es el día.

La dirección Norte de la línea verde se puede determinar con una brújula (cuidado, que hay que corregir la declinación magnética) o dibujando cualquier día previo la trayectoria del extremo de las sombras varias horas antes y después de mediodía, y tomando la dirección de la más corta que se suele trazar con ayuda de un compás (una cuerda y una tiza) y un metro, como aparece en la imagen.


También se puede hacer más rápidamente todo el experimento sin trazar la línea verde (llamada meridiana), midiendo simplemente las longitudes de la sombra cada mediodía, pero hay que tener cuidado porque el mediodía no ocurre siempre a la misma hora, por la influencia de la dichosa "ecuación del tiempo", hay una variación de más de media hora según la fecha, y necesitaríamos tener una tabla precisa y tener en cuenta también la longitud geográfica.

Nota: Con las prisas para editar este post antes del comienzo de la primavera, he ido añadiendo poco a poco los anexos, y quizás algún lector se haya quedado sin leerlos, por lo que debería pedirle disculpas.

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