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

lunes, 23 de enero de 2017

Desde el primer planeta (2)

Este post es continuación del anterior, que si no lo leíste puedes hacerlo ahora en este enlace.

En él se recogían varias situaciones paradójicas que se producen en el cielo del planeta Mercurio, algunas de las cuales solo las relaté sin dar una explicación del motivo que las ocasiona. Aquí aparecen esas explicaciones y como el asunto es un poco técnico, lo incluyo en el anexo “Si quieres saber más”. Si estas cosas no son de tu agrado déjalo y espero que la próxima entrada sea "menos fea".



Los extraños números del planeta Mercurio

Debido a la situación de Mercurio en el Sistema Solar, próximo a nuestra estrella, sus movimientos de traslación y rotación tienen una duración muy diferente de lo habitual y de ello derivan estos curiosos números y las mencionadas paradojas.


Por un lado al ser el planeta más cercano al Sol, es el que se mueve más rápido y como además la longitud de su órbita es la más pequeña, tiene el periodo de traslación más corto. Esto debe ser necesariamente así, y su duración está determinada exactamente por la tercera ley de Kepler de acuerdo con su distancia al Sol. El año de Mercurio dura solo 88 días terrestres.

Por otra parte la rotación es muy lenta: Mercurio necesita nada menos que 58,6 días terrestres en completar un giro sobre su eje, y posiblemente se haya ralentizado debido a las fuerzas de marea, de manera similar a como ha ocurrido con la mayoría de los satélites del Sistema Solar.
Desde comienzos del siglo XX se pensaba que al igual que éstos enseñan siempre la misma cara a su planeta, Mercurio hacía lo mismo respecto al Sol. Sin embargo en 1965 se obtuvo el valor real de la duración de su rotación, y quedó claro que es el resultado de una resonancia gravitatoria ya que los dos periodos están en una relación exacta 3:2. Cada 3 rotaciones Mercurio da 2 vueltas alrededor del Sol, completando un periodo de 176 días terrestres en total que se repetirá sucesivamente.


Es esta historia también ha influido el hecho de tener una órbita relativamente excéntrica. No hay que pensar que sea muy alargada (todas las órbitas planetarias son casi casi circulares), pero sí que la distancia al Sol varía mucho del perihelio al afelio, porque el astro rey está claramente apartado del centro. Puedes apreciarlo en los gráficos que aparecen más abajo, donde la forma de las órbitas se corresponde con la realidad y las posiciones están a escala.

Mercurio no enseña siempre la misma cara al Sol, pero sí lo hace exactamente cada dos vueltas. Cuando está en su perihelio alternativamente enseña al Sol una cara o la opuesta.

El gráfico que aparece luego recoge el periodo completo de 176 días terrestres durante los que el primer planeta completa 2 traslaciones (y por tanto 3 rotaciones tal como se ha dicho), ciclo que se repite luego sucesivamente.

Parece lógico suponer que Mercurio fue ralentizando su rotación por las fuerzas de marea, pero cuando ésta quedó acoplada de esa manera con la traslación, la resonancia gravitatoria hizo que no continuara el proceso de ralentización.
La situación se puede visualizar mediante el siguiente gráfico en la que aparecen sucesivas posiciones de Mercurio, tanto su situación en la órbita respecto al Sol como la orientación cambiante debido a la rotación, de manera que las flechas que se han dibujado surgen siempre desde el mismo punto de la superficie del planeta. 
El intervalo entre las diferentes posiciones es siempre de 4.4 días terrestres, que se ha tomado arbitrariamente para redondear el número de ellas.
Aunque los intervalos de tiempo son iguales, el recorrido no es siempre igual (es claramente mayor cuando está cerca del Sol), como recoge la segunda ley de Kepler.
 
la última posición, la número 41, debería situarse exactamente en el  mismo lugar que la 21, como indica la flecha roja, pero se ha separado para que no la oculte.

Las consecuencias de estas situaciones son diversas, pero la más clara es que en este planeta un día dura exactamente dos años y para ello se tienen que completar 3 rotaciones.
Efectivamente, en la posición 1 es mediodía en el punto de arranque de la flecha, y no vuelve a serlo hasta la posición 41, que ocurre 176 días terrestres después:

Analizando paso a paso la situación en ese punto:
En 1 es mediodía, en 11 se pone el Sol y comienza la noche, en 21 es medianoche y se cumple un año, en 31 amanece, y en 41 vuelve a ser mediodía, dos años después, a la vez que se completa la tercera rotación.
La primera rotación se cumplió entre las posiciones 14 y 15, cuando la flecha vuelve a estar dirigida hacia la izquierda como en el inicio (1) y la segunda poco antes de la 27.

Aclarando paradojas

--- Volviendo a las circunstancias que quedaron sin explicar en el post anterior, como el día mercuriano dura dos años mercurianos, “el Sol sale una vez cada dos años” tal como se decía en la segunda parte del enunciado de la paradoja 2:


--- Por otra parte, y aunque tal como se ha dicho al principio, la rotación dura 58,6 días terrestres, el día solar dura 176, justo el triple. Como en nuestro planeta la duración del día (24 horas) es casi igual a la de la rotación, suelen asociarse los dos conceptos e instintivamente solemos pensar erróneamente que ocurre así en todos los planetas y cuando se cita la duración del día, se suele dar el dato de la rotación.

Si en la paradoja 3 del anterior post decía que “ambos números (que indistintamente aparecen como datos del valor de la duración del día mercuriano en diferentes fuentes) podrían considerarse correctos siendo benévolos”, es porque a la duración de la rotación también se le denomina “día sidéreo”, y por tanto podría argumentarse que el término día y su duración de 58,6 d.t. no es incorrecto.
Sin embargo quizás haya que ser demasiado benevolente para justificar esta circunstancia, porque evidentemente si se utiliza el término “día” y no se dice si es “día solar” o  “día sidéreo” hay que suponer necesariamente que se está refiriendo al primero de ellos porque es la acepción más conocida y más utilizada, con mucha diferencia, de las dos.
Esta claro que si quiero indicar el “día sidéreo” debo escribir el término completo, con las dos palabras.

Teniendo esto en cuenta, se puede compobar fácilmente que en la mayoría de entradas de internet en que se cita el dato de la duración del día en Mercurio, aparece el valor erróneo. La última vez que hice una búsqueda con Google de este término, en las 10 primeras referencias ganaba el 58,6  al 176  por 6 a 4, aunque hace unos años la diferencia era mucho mayor.

Cuando próximamente hable del cielo de Venus, analizaré esta cuestion y sus posibles causas más a fondo.

Quizás haya alguna razón que se me escapa, para que sea tan frecuente leer que el día en Mercurio dura 58,5 días terrestres. Pero de lo que no hay ninguna duda es de que si hiciésemos un viaje a Mercurio, desde allí veríamos pasar el Sol por nuestro meridiano solo una vez cada 176 días terretres, y también ese mismo intervalo de tiempo separaría dos salidas consecutivas del Sol.


--- Por si acaso, hay que aclarar que hay excepciones de estas situaciones citadas en el párrafo anterior, y a eso me refería precisamente en la paradoja 2 “En algunas zonas del primer planeta el Sol sale dos veces cada día”  y en la 5 “el astro más brillante de todos – el Sol-  a veces se mueve para atrás”.

Cuando el primer planeta pasa por las cercanías del perihelio desde allí se vería retroceder el Sol en su cielo y desde las proximidades del meridiano 90º y 270º todos los días sale y se pone dos veces seguidas. En esos mismos momentos desde la cercanía del medidiano 0º y 180º culmina pasando por el meridiano 3 veces (dos hacia adelante y una retrocediendo).

Esta circunstancia, que no afecta al tema de la duración del día, ya la he recogido varias veces y le dediqué un artículo entero porque en mi opinión es uno de los aspectos más sorprendentes relativos a la mecánica celeste en el Sistema Solar.
Para evitarte el que tengas que volver lincarlo y buscar la explicación, repito aquí el gráfico ilustrativo con alguna puntualización más.

La rotación es uniforme pero la traslación no. Por eso en la zona próxima al perihelio (punto D) la traslación se acelera y su velocidad angular supera a la velocidad angular de la rotación por lo que se le vería retroceder al Sol en el cielo. 
-          El segmento rectilíneo que atraviesa el planeta representa el horizonte del punto donde arranca la flecha Desde ese punto el retroceso ocurre con el Sol en el horizonte y se produce un doble ocaso: En A el Sol está todavía por encima del horizonte, en B se pone, en C está bajo el horizonte, en D vuelve a salir retrocediendo y se mantiene visible en E. En F se pone nuevamente y en G es de noche definitivamente.
-          Desde el lugar marcado con un punto rojo en el momento A es por la mañana, el Sol situado al Este del meridiano se va acercando a él, en B culmina en dirección Sur atravesando el meridiano, en C está ya al Oeste del meridiano, en D vuelve a atravesar el meridiano retrocediendo, en E se vuelve a situar al Este del meridiano, en F vuelve a pasar por dicho meridiano y en G se coloca definitivamente al Oeste del mismo.

--- Continuando con la paradoja 5 en su segunda parte,   "el astro más brillante (el Sol) tarda tres veces más en cruzar el cielo que las estrellas"   porque como se ha visto un día dura lo mismo que tres rotaciones y las estrellas se ven moverse debido al movimiento de rotación.

Pero a causa de esto, hay incluso algo más respecto al movimiento del astro rey en el cielo de Mercurio

Allí las constelaciones se mueven muy despacio en el cielo porque darán una vuelta completa cada 58,6 d.t. (cada rotación). Por ello, desde que una estrella aparezca por el horizonte Este (un punto del semicírculo desde el Norte al Sur pasando por el Este) hasta que se ponga hacia el Oeste, pasarán 29.3 d.t. (la mitad de la vuelta completa) Pero desde que el Sol sale hasta que se pone pasan 88 días (la mitad de la duración del día completo, día más noche)
Como incluso de día se ven las estrellas, aunque precisamente las que están en la misma dirección que el Sol sean las más difíciles de apreciar, podría verse como a lo largo de un día, desde que sale hasta que se oculta, el Sol recorre todas las constelaciones zodiacales.
Cuando se ponga por la tarde, volverá a estar estar en la misma constelación en la que estaba al salir por la mañana; en el mismo punto de la esfera celeste. 

Como la órbita de Mercurio está inclinada solo 7º, el recorrido del Sol por la esfera celeste visto desde Mercurio es casi igual a la eclíptica. Además de las 12 clásicas constelaciones del Zodiaco, entra también claramente en Ofiuco y muy ligeramente en Cetus y Auriga.

Para seguir los mismos criterios que se establecieron al asignar las constelaciones o los signos zodiacales, los hipotéticos e imposibles habitantes del primer planeta tendrían que tener en cuenta la hora de nacimiento en vez de la fecha. Pero es que además ¡en Mercurio no tendría sentido el hacer un calendario!

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