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

martes, 18 de julio de 2017

Dando vueltas alrededor del Sol

En el post anterior hablé sobre las fechas de cumpleaños y de alguna manera en este voy a continuar con el tema:

Cuando una persona cumple años es frecuente que él o alguien diga la frase: “hoy he completado una nueva vuelta alrededor del Sol” o “ya llevas dadas  x  vueltas en torno al Sol”
Lo mismo suele ocurrir cuando comienza el nuevo año, el 1 de enero, y es posible que en esa fecha señalada hayas recibido algún mensaje con esta imagen, porque está muy difundida.

Sin embargo, ninguna de esas frases es totalmente correcta porque el periodo de tiempo que llamamos año no es el mismo que la duración del movimiento de traslación de nuestro planeta en torno a su estrella.

Ya lo he mencionado un par de veces en este blog en unos contextos más generales en las entradas “Midiendo el tiempo” y “Precesión de los equinoccios”, pero ahora lo voy a analizar más detenidamente.


Quizás todo esto pueda sorprender, porque siempre se ha dicho que un año es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta alrededor del Sol, e incluso en algún libro de texto de E.S.O. he leído que para definir las unidades básicas de medida del tiempo (el día y el año) se tomó la duración de los movimientos de la Tierra.
Si lo analizamos despacio, nos daremos cuenta de que eso último es imposible, porque la duración del día y del año se conocen con precisión mucho antes de que se supiera que la Tierra se movía.  Si suponemos que no se mueve, difícilmente podremos hablar de lo que duran esos movimientos.

Incluso la normativa fijada por el papa Gregorio XIII en el llamado calendario gregoriano para determinar exactamente qué años deben ser bisiestos y así evitar que el calendario se vaya desajustando respecto a la duración exacta del año, fue realizada antes de que la iglesia católica aceptase el sistema heliocéntrico propuesto por Copérnico, tal como cité en el anterior post. A pesar de ello, se calculó con precisión la duración del año.

En realidad las dos unidades básicas que utilizamos para medir el tiempo, el día y el año, son las consecuencias observables de los tres principales movimientos de la Tierra conjuntamente: Rotación, traslación y precesión.
Al igual que la duración del día está determinada no solo por la rotación, sino también por la traslación (en nuestro planeta en menor medida pero en  otros como Mercurio o Venus la traslación influye extraordinariamente), también en la duración del año además de la traslación influye el movimiento de precesión.

En al anexo “Si quieres saber más” se explican los diferentes tipos de año que se utilizan en astronomía, pero cuando se habla simplemente de “año” nos estaremos refiriendo siempre al concepto que todo el mundo tiene y que surgió desde la antigüedad a partir de la observación de la naturaleza: El tiempo que tardan en repetirse las estaciones.
Por tomar la referencia utilizada en la mayoría de los calendarios en su origen, un año es el tiempo que transcurre desde un equinoccio de primavera hasta el siguiente. En el post “Ya llega la primavera”  puedes encontrar todos los detalles.
Pero solo por señalar cómo desde la antigüedad podían determinar esos momentos, quizás te sorprenda que tú mimo podrías hacerlo observando los lugares de salida o puesta de Sol cada día, la evolución de las sombras de un objeto, o el primer día que puede verse alguna estrella brillante antes de amanecer. Con la observación cuidadosa de cualquiera de esas circunstancias se puede determinar la duración de un año, independientemente de que sepamos que es consecuencia del movimiento de traslación de la Tierra y sin relacionarlo con ello.



¿Y no es lo mismo la duración del ciclo estacional que la de una traslación?
No. Las estaciones se producen porque el eje de rotación de la Tierra está inclinado respecto a la vertical al plano de la órbita terrestre (plano de la eclíptica). Por ejemplo, en Mercurio que tiene ese eje vertical, no hay estaciones: todos los días y noches duran lo mismo, el Sol alcanza la misma altura al mediodía, saliendo y poniéndose siempre por el mismo punto del horizonte.

Si el eje terrestre se mantuviese apuntando siempre en la misma dirección, este ciclo estacional coincidiría con la duración de la traslación. Pero como oscila ligeramente debido al movimiento de precesión de los equinoccios, no es lo mismo. La duración de una traslación es de unos 20 minutos más que la de un año. En el anexo se precisará.
 
Diferencia entre año y duración de la traslación: 
En el año 2000 el eje de rotación de la Tierra se ha representado a trazos, inclinado hacia arriba a la derecha. En el equinoccio de primavera (21 de marzo) la Tierra está en la posición 1.
Después de 6500 años, debido a la precesión el eje habrá girado y estará dirigido hacia arriba en dirección al observador (línea continua). El 21 de marzo (equinoccio de primavera) ocurre cuando la Tierra está en la posición 2.
En esos 6500 años la Tierra ha dado menos de 6500 vueltas (6500 vueltas menos un cuarto). Por lo tanto la duración de cada año es menor que la de una traslación.

Entonces ¿Cuántas vueltas alrededor del Sol he cumplido?, o ¿Cuándo cumpliré realmente las vueltas? 
Cuando cumplas n años, deberás esperar nx0.34 horas para cumplir n vueltas. Por ejemplo, al cumplir los 20 años te faltarán 6,8 horas para que se cumpla tu vigésima vuelta al Sol. Pero ¡ojo!, que tienes que utilizar el momento verdadero de tu cumpleaños, tal como expliqué en el post anterior.
A la mayoría de la gente no les afecta demasiado, pero quienes ya han cumplido los  71 años  , deberán esperar un día más para cumplir vueltas.


En astronomía se definen diferentes tipos de años, porque el momento de completar una vuelta alrededor del Sol será diferente según la referencia que se tome.

Visto desde aquí es el Sol el que se mueve sobre el fondo de la esfera celeste, y casi todas las definiciones de año toman como referencia el paso de nuestra estrella por determinados puntos de esa esfera celeste porque es lo que vemos y podemos apreciar y medir desde aquí. Concretamente vemos moverse el Sol en la línea de la eclíptica, que es casi invariable (tiene una ligera oscilación con un periodo de más de 70000 años)

Año sidéreo: es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta alrededor del Sol tomando una referencia externa, como las estrellas. El intervalo entre dos pasos sucesivos del Sol por un mismo punto de la esfera celeste (un punto concreto de la eclíptica).  Su duración media es de 365,256363 días

Año trópico: En este caso la referencia son las estaciones, porque el año trópico es la duración del ciclo estacional. Normalmente se toman dos pasos consecutivos del Sol (visto desde aquí) por el punto vernal que define el momento del equinoccio de primavera. Dura 365,242189 días. 
Este punto es el corte de la línea de la eclíptica con el ecuador celeste en sentido ascendente hacia el Norte y se va desplazando debido al movimiento de precesión, tal como se ha explicado.
El punto vernal va moviéndose, no porque cambie la posición de la eclíptica, sino que lo que se modifica es la posición del ecuador celeste ya que se mantiene perpendicular al eje de rotación que es el que va cambiando.

Este es el año a que todo el mundo se refiere si no se dice nada más. Pero respecto a su duración, el valor dado con tantos decimales es el valor medio, ya que hay pequeñas variaciones debido a las influencias gravitatorias de otros planetas, y en especial de la Luna, como se menciona luego. Por ejemplo del solsticio de primavera de 2016 al del 2017 pasaron 365,249 días, pero del 2017 al 2018 solo pasarán 365,242.

Año anomalístico: Aquí la referencia es la órbita terrestre: Es el tiempo transcurrido desde que la Tierra pasa dos veces consecutivas por un punto concreto de su órbita: el perihelio. Su duración es de 365,259636 días, y es diferente al año sidéreo porque el perihelio se va desplazando poco a poco.
En realidad no se toma el paso real del centro de la Tierra por el perihelio, sino el del centro de masas del sistema Tierra-Luna, tal como expliqué en “El tercer planeta más cerca del Sol” 

Año draconítico o dracónico: En este caso la referencia son los nodos de la órbita lunar, y se define como el tiempo que tarda el Sol (visto desde la Tierra) en volver a un mismo nodo. Normalmente se toma como referencia el nodo ascendente.

También se llama año de eclipse porque es la referencia para que estos fenómenos se produzcan (un ciclo de dos eclipses lunares o dos solares). Como los nodos lunares se desplazan con relativa rapidez, la duración de un año dracónico es bastante diferente de los otros tres, concretamente el promedio es de 346,6074 días, aunque debido al complicado e irregular movimiento de nuestro satélite, tiene un margen de variación relativamente amplio.

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