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

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.

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