Nunca volverá a amanecer tan tarde

Escribo este breve post para recoger una curiosidad relacionada con la hora de salida del Sol que ya traté hace 5 años, pero ahora se produce una circunstancia concreta especial:

En el sur de Europa no amanecerá nunca tan tarde como el próximo sábado día 30 de octubre, teniendo en cuenta la hora oficial en vigor. Concretamente donde yo vivo (latitud 43º 17´ N,  longitud 2º 56´ O) los primeros rayos del Sol aparecerán cuando nuestros relojes marquen las 8:44:20, supuesto un horizonte teórico, y nunca marcarán una hora posterior.

Esto es debido fundamentalmente a la fecha en que se produce el cambio de hora.

Es cierto que los días siguientes están más cercanos al solsticio de invierno y cada vez debería salir el Sol más tarde, y así es en horario solar según el cual llegará a salir casi una hora después; pero como este próximo sábado todavía estaremos en horario de verano, ese día cuando salga el Sol el reloj marcará una hora más y llega a superar la diferencia estacional.

Con todo, el día que más tarde amaneció de toda la historia, según los horarios vigentes en cada momento) fue el 30 de octubre de 2004 (en mi localidad 12 segundos más tarde que el próximo sábado) Pero la de este 2021 es la segunda marca y no será superada.

Esto lo recogí en el artículo “El día que más tarde amaneció” y allí se decía que en segundo lugar estaba el 29-10-2016; pero los 8:43:19 de entonces han sido superados por los 8:44:20 de ahora.

También allí puedes encontrar otros detalles sobre este tema, como por ejemplo que cuando se elimine el cambio de hora estacional, en mi latitud el día que más tarde amanezca será el 3 de enero.

Las claves de esta cuestión están en el día que se hace el cambio al horario de invierno, lo más tarde posible, y también en la proximidad del año bisiesto.

El último día antes del cambio de horario será cuando más tarde anochezca. Antes de 1996 se hacía a finales de septiembre, cuando el día era mucho más largo que ahora, y por tanto no amanecía después de los días próximos al solsticio de invierno. Como ahora dicho cambio se realiza el último domingo de octubre, lo más tarde posible es cuando el 31 es domingo, como este año. También ocurrió así en 2004 y volverá a ocurrir en 2027 y 2032.

El 2004 fue bisiesto y al introducir un día extra (el 29 de febrero), hace que cada fecha esté un poco adelantada (el 30 sería 31 si no hubiera sido bisiesto). Por eso este año no amanece tan tarde como el 2004, pero al ir solo un año después del bisiesto no hay mucha diferencia con aquel; queda en segundo lugar, y no será superado nunca, si el horario de verano deja de utilizarse en 2026, tal como se ha anunciado. 

Eso es lo que hay actualmente, aunque también se dijo que en la Unión Europea no habría más cambios después de éste de 2021, pero se ha retrasado este final según se dice por no haber tomado decisiones durante la pandemia. Si este plazo se volviese a alargar, en 2027 no amanecería tan tarde por estar lejos del anterior bisiesto (2024), pero sí ocurriría en 2032 que él mismo es bisiesto.

Esta situación de la salida del Sol tan tardía solo ocurre en lugares en los que se haga ahora el cambio al horario de invierno y tienen latitud menor que 43º 30´. No sucede en el extremo más septentrional de la costa gallega y asturiana, y en la mayoría de los países de Europa porque allí los días se acortan aún más en invierno y es entonces cuando sale más tarde el Sol; y ocurre con mayor diferencia en lugares más al Sur.

En la zona sombreada (y también en las islas Canarias) se cumplirá la frase del título del post

También ocurre esta circunstancia en Grecia o Bulgaria aunque tengan una hora más, pero hacen el cambio el mismo día, pero no en Turquía, Túnez o Argelia que no hacen el cambio de hora estacional, ni en Marruecos, que ya lo hicieron. Tampoco en otros países más meridionales donde no se hace el cambio porque las diferencias estacionales son pequeñas.

Por supuesto todo esto sirve únicamente en zonas del hemisferio norte. Por lo que respecta a América ocurrirá también en México, pero en la mayoría de los lugares de Estados Unidos y Canadá el cambio de hora se realiza el 7 de noviembre, y será el sábado 6 cuando más tarde anochezca.

La Tierra se acelera

Es posible que lo hayas oído, porque se ha publicado en muchos medios: Este pasado año 2020 la Tierra se ha puesto a rotar más deprisa.

¡Lo que le faltaba a este año tan especial! Si casi todo había sido diferente por culpa de la pandemia, también en esto el tercer planeta se ha comportado de manera extraña.

Es algo curioso, una de esas cosas que pueden llamar la atención al público y que, como suele ocurrir en ocasiones, partiendo de un dato real se han colado algunos errores de concepto en la redacción de la noticia en casi todos los medios. Vamos, que por querer poner ejemplos que queden llamativos han metido la pata porque, tal como explico luego, no es cierto que el 19 de julio la rotación o el día hayan durado 1.46 milisegundos menos que los 86400 segundos.

Pero los titulares son correctos, la rotación de la Tierra se ha acelerado y la duración media de los días de este pasado año ha sido la más corta desde que se tiene constancia exacta por medirse con precisión con relojes atómicos, al menos la más corta desde 1973. 

No solo eso, sino que desde entonces 2020 ha sido el único año en que, de promedio, nuestro planeta ha ido más deprisa que el estándar que se tomó, para la definición exacta del segundo como unidad básica de medida del tiempo.

No es nada preocupante, la diferencia es mínima, de solo algún milisegundo en algunos días (luego recojo datos más concretos), el total acumulado en todo el año no llegó ni por mucho a media décima de segundo, y no tiene ninguna consecuencia negativa. Incluso podría decirse que si esta tendencia continúa, como parece que indican las previsiones, ayudaría a compensar en parte el desajuste que se ha ido acumulando estos últimos años donde, por cierto, la diferencia con el estándar fue mucho más grande que en este 2020, pero en el sentido contrario.

Tiempo que se ha ido acumulando de desfase (entre o que indican los astros y los relojes atómicos) a lo largo de la última década. En el recuadro aparece ampliada la situación en los 3 últimos años. La curva desciende cuando la rotación es lenta y se acumula retraso.

Hay que tener en cuenta que en un solo día la diferencia máxima nunca ha sido mayor de pocos milisegundos, y se observa que en 2020 también hubo días más lentos del estándar, en los intervalos en que la curva desciende, sobre todo en los primeros meses.


No hay problema, los ajustes están previstos.

La diferencia entre la duración de la rotación (medida por las posiciones de los astros) y la duración teórica medida con los relojes atómicos que nos marcan la hora con precisión, se va acumulando y cuando se aproxima a un segundo a final de junio o de diciembre se reajusta añadiendo o eliminando ese segundo de manera que la hora queda determinada nuevamente de manera adecuada a la orientación de la Tierra.

Desde el año 1972 en que se reguló y comenzó esta práctica se han añadido 27 de estos segundos, llamados “intercalares”, y de momento nunca se ha eliminado ninguno, lo que sí podría producirse si la tendencia de 2020 continuase unos cuantos años más.

De esta manera la curva se ajusta para que la diferencia entre la hora que marcan los relojes atómicos y la que indican las posiciones de los astros, que en definitiva es el criterio de referencia, sea mínima.

Desfase entre el tiempo que indican los relojes atómicos (UTC) y las posiciones de los astros (GMT), corregido por la implantación de los segundos intercalares, que se sitúan en las líneas verticales a trazos. El tramo en rojo corresponde a las previsiones para el año 2021.

Se ha elaborado completando un gráfico tomado de Wikipedia.

En el gráfico se aprecia que en los años 70 la Tierra giraba bastante despacio (aún teniendo en cuenta que las diferencias son muy pequeñas), o que entre 2000 y 2005 se aceleró algo, sin llegar al estándar aunque con periodos breves más rápidos que él, pero bastante menos que en 2020.

Motivos de esas diferencias:

Aunque durante toda una vida (más de un siglo) puede decirse que la rotación de la Tierra es uniforme si se mide con una precisión de segundos, si somos más meticulosos y lo medimos con los relojes atómicos, se pueden apreciar diferencias de milisegundos debido fundamentalmente a que el núcleo del planeta no es sólido y, al poder alterarse su distribución, se ocasionan estas pequeñísimas irregularidades.

También influyen en menor medida los terremotos, movimientos del aire derivados de fenómenos meteorológicos y variación de la presión atmosférica que pueden disminuir o acelerar levemente la velocidad de rotación de manera imprevisible.

Además de ello, se produce una progresiva disminución de la velocidad de rotación debido a la influencia gravitatoria de la Luna y su efecto en las mareas que, aunque cuantitativamente es menor que la producida por las anteriores causas, a diferencia de éstas es acumulativa, siempre actúa en la misma dirección, y con el paso de los millones de años va ocasionando un efecto enorme. Hace unos 3000 millones de años la rotación terrestre duraba solo 6 horas, y dentro de otro tanto será de varios días, hasta que teóricamente se igualase al periodo de traslación de la Luna. Todo ello está recogido en el post "Midiendo el tiempo", pero eso es otra historia, mucho más amplia que el tema concreto de hoy.

Volviendo al tema, aparte de algunas apreciaciones subjetivas no muy afortunadas, en casi todas las noticias que se han publicado estos pasados días sobre este tema se han producido errores numéricos por haber confundido los conceptos de día sidéreo con el día solar y sus diferentes acepciones. 

Por ejemplo, cuando se dice que "el día más corto fue el 19 de julio". Porque aunque se produjo entonces la rotación más rápida, apenas 1,5 milisegundos menos del estándar, a mediados de septiembre los días son siempre unos 4 segundos más cortos.

Son cuestiones que no tienen trascendencia a nivel de divulgación de la noticia, pero al intentar sacar conclusiones se han plasmado en afirmaciones totalmente falsas, que voy a precisar a continuación por si te apetece conocerlo.

Conceptos astronómicos y detalles numéricos: Curiosamente estas circunstancias determinantes en el tema de hoy están muy relacionadas con el post que publiqué hace solo unos días (“La ecuación del tiempo”) donde incidía en la diferencia entre diferentes conceptos relativos a la duración del día, claves en los detalles de esta historia. Ha sido una tremenda casualidad que la noticia a la que me refiero hoy haya aparecido en los medios de comunicación solo 5 días después que escribí con una excusa totalmente diferente. 

Alguien me ha dicho (en broma y teniendo en cuenta ésta y otras cuantas coincidencias) que debo tener premonición, pero eso no existe.

Recojo nuevamente algunos conceptos fundamentales en este tema:

1- Un día sidéreo es la duración de una rotación respecto a las estrellas. Es lo que realmente tarda la Tierra en completar una vuelta tomando una referencia externa y tiene una duración de 23 horas 56 minutos y 4,09 segundos. Y con esa precisión, es constante al menos durante varios siglos.

2- Un día solar verdadero es el tiempo que, visto desde la Tierra, tarda el Sol entre dos pasos consecutivos por el meridiano del lugar, o dicho de otra manera lo que un teórico observador situado en la posición del Sol cronometraría hasta que la Tierra le vuelve a mostrar exactamente la misma cara: Una vuelta respecto al Sol, (unas 24 horas, pero es variable y oscila en varios segundos) que es observable y medible pero no es un criterio objetivo porque nos estamos moviendo también en traslación. 

La diferencia de casi 4 minutos respecto a la duración de la rotación se debe, como se explicaba en el mencionado artículo, a que cuando la Tierra completa su rotación (tomando como referencia una estrella lejana) se ha movido un poco en su órbita, y para repetir su posición respecto al astro rey debe girar un poquito más.

Repito el gráfico y algunos datos para homogeneizar este artículo y pido disculpas a mis lectores fieles por la reiteración:

En la posición 1 en el punto donde arranca la flecha es mediodía. 

En 2 se ha completado una rotación después de 23h 56m (aproximadamente). 

En 3 se ha completado el día al cabo de 24 horas (unos días unos segundos más, otros días menos) porque vuelve a ser mediodía en el mismo punto.

Como se vio en el mencionado artículo, la duración del día solar verdadero varía a lo largo del año debido a la ecuación del tiempo, con una diferencia máxima de 51 segundos: El día más largo (día + noche) es el 22 de diciembre con una duración de 24 horas y 30 segundos, y el más corto el 16 de septiembre con 23 horas, 59 segundos y 39 segundos.
Paradójicamente, el día de la lotería en España es el más largo del año (considerando día+noche) y el más corto (día arriba, día abajo) considerando solo el día al margen de la noche. En el hemisferio sur coinciden.

3- Día solar medio: Tomando la media de todos los días del año (días solares verdaderos) se obtiene la duración del día solar medio de las conocidas 24 horas. Como cada hora tiene 60 minutos y cada minuto 60 segundos, un día solar medio dura 86400 segundos.  Esto es exactamente así utilizando la definición de segundo que se tomó en 1960 cuando hubo que fijar con precisión la unidad de medida del tiempo al implantarse el Sistema Internacional de Medidas.

Como debía hacerse una definición rigurosa y en aquella época los primeros relojes atómicos ya habían detectado ligeras variaciones en milisegundos en la duración de la rotación y por ello del día solar, se utilizó la media de la duración de los días entre los años 1750 y 1890, y se definió el segundo como una parte entre 86400 de la duración del día solar medio en esos 140 años.

¿Cómo se conoció exactamente la duración de los días en esas épocas en que no había relojes atómicos? Por las referencias de fenómenos astronómicos que se habían registrado. Aunque lógicamente la precisión de las mismas no podía ser elevada, al tomar un intervalo de más de 100 años y hacer la división, esa precisión queda perfectamente delimitada.

La observación y registro de fenómenos astronómicos durante más de un siglo en una época en que ya había medios tecnológicos suficientes, permitió obtener una definición rigurosa del segundo a pesar de no contar con relojes de tanta precisión entonces. La imagen corresponde a un enorme telescopio de W. Herschel. 

Los errores de las noticias

No se trata de sacar los colores a nadie porque, como digo siempre en estos casos, todos nos equivocamos alguna vez, frecuentemente de los errores es de donde más se aprende, y quizás éste sirva a algunos lectores para entender la diferencia entre los conceptos astronómicos mencionados. O quizás a mí, si alguien me indica y razona que yo soy el equivocado, porque me parece increíble que se hayan colado en tantos sitios los  mismos "gazapos". Pero mientras tanto lo tengo muy claro. 

Antes de nada, conviene decir que en este caso y de manera sorprendente el error más repetido no ha estado en la agencia de noticias que lo ha difundido o los medios que lo han reproducido, sino en la fuente de donde lo ha recogido (timeanddate.com) y que, en principio parece que debería ser fiable porque está especializada en el tema. Quizás alguien tuvo un mal día porque no salieron las cosas como quería y estaba un poco descolocado, que a cualquiera le puede ocurrir, o probablemente quien lo escribió interpretó incorrectamente el dato que le dio el científico que lo había calculado,...

Resumiendo: se confunden y se mezclan 3 conceptos diferentes: día sidéreo (duración real de la rotación), día solar verdadero y día solar medio. Los 86400 segundos que aparecen en todas las noticias corresponden a este último concepto, pero se les ha aplicado a uno de los otros dos, según el caso, llegando a conclusiones paradójicas o absurdas.

La agencia EFE recogió la noticia de la fuente original, y fue ampliamente difundida en medios de comunicación. Lógicamente todos lo repitieron y así nos enteramos de que la Tierra se ha acelerado, aunque no hayamos entendido muy bien eso de los 86400…, ni tampoco nos importa mucho. Y mejor así, porque es incorrecto.

Refiriéndose al día más corto de 2020, donde dice “1,4602 milisegundos menos de 86400 segundos", va a ser que no.

Es imposible medir la diferencia de la duración del día o de la rotación respecto a los 86400 segundos, y no se puede obtener con ninguna medición el resultado que se dice. Sencillamente es falso:

Si se ha medido la duración de la rotación con respecto a las estrellas, se habría obtenido el valor de la rotación (los 86164,092 segundos que son 23 h 56 m 4,0916s) restados los mencionados 1,462 milisegundos,  y si fuera con respecto al Sol, se habría obtenido 86403,50 menos 1,462 milisegundos ya que por el tema de la ecuación del tiempo el día solar el 19 de julio dura 24 horas y 3,50 segundos.

En ambos casos claramente diferente a lo que se ha publicado.

Lo lógico parece que se hubiera detectado esa diferencia de 1,462 milisegundos respecto a las estrellas (que son las referencias que se toman en estas medidas) pero se haya querido adornar utilizado los 86400 en vez de 86164,09 porque aunque es falso queda más llamativo y es la cifra que aparece en la primera definición oficial del segundo.

En realidad el día (solar) que menos duró (como todos los años, y ya lo he citado antes) fue el 16 de septiembre con 23 h 59 m 39 s, que serían 86379 segundos, prescindiendo de los dichosos milisegundos que no van a cambiar el primer puesto de la clasificación de días cortos.

Aparte de eso en la noticia hay otro "despiste", aunque no sea tema astronómico, sino en el concepto de lo que significa "batir un record", y lo comento luego. 

Aunque a veces los problemas pueden estar en una traducción inadecuada, leyendo la noticia original en inglés de timeanddate.com parece que no es el caso, aunque hay que tener cuidado con la coma decimal y el punto de los millares que, aunque por el contexto queda claro, en cada lugar es diferente e incluso en la anterior se mezclan.

Artículo original del que la agencia Europa Press tomó la información de manera literal y luego distribuyó a los diferentes medios, alguno de los cuales sacaron conclusiones de "cosecha propia". 

Por si acaso, tengo que decir que el resto de la noticia es correcta salvo algún detalle semántico, interesante y con datos muy precisos, por lo cual extrañan aún más las mencionadas "imprecisiones". Quizás aunque tengan claro cual es la idea correcta (así debe ser lógicamente) hayan optado por simplificar de cara a difundir la noticia ya que si tienen que explicar los diferentes conceptos la gente dejaría de leer. Pero se debería haber evitado dar la cifra de 86400 segundos.

Aparece también un gráfico con la duración de los días a lo lago del año 2020, y su diferencia respecto al estándar:

Gráfico de timeanddate.com, al que he añadido una línea roja con la referencia del anterior record.

Si el record anterior se batió por primera vez el día 21 de junio y definitivamente el 19 de julio, a mi no me salen las 28 veces que se batió en 2020. Aunque hubiese habido 28 días más cortos que el anterior record (en el gráfico faltan los datos de los últimos 15 días del año), según el gráfico solo se bate 3 veces. Pero esto es un tema semántico al margen de los conceptos astronómicos.

El pie de ese gráfico: "Variation of daylength throughout 2020. The length of day is shown as the difference in milliseconds (ms) between the Earth's rotation and 86,400 seconds" se vuelve a cometer el error en el término "rotación" y el dichoso numerito.

Es posible que yo esté exagerando y sacando pegas donde no es para tanto. Evidentemente los autores conocen todos los términos técnicos y es posible que solo hayan simplificado para poder llegar a los lectores, que dejarían a un lado el artículo con todos estos tecnicismos. O que el fallo esté en quien lo ha redactado, que no los conozca y haya aportado algo "de cosecha propia". Pero quiero insistir (soy un pesado) en que la utilización reiterada del dichoso numerito 86400 y el asociarlo a "lo que no es" lleva a un callejón sin salida correcta. 

Otros ejemplos:

Dejando a los del timeanddate, su alerta respecto a la aceleración de nuestro planeta ha hecho que otros medios se hayan animado con el tema, hayan hilado por su cuenta en general con lógica correcta, pero partiendo de esas frases "imprecisas o falsas", con lo que los errores han ido aumentando:

Se refiere al domingo 3 de enero de 2021, cuando la rotación parece que habría durado 0,1073 milisegundos menos de lo que debiera, y es lo que quiere indicar. Pero lo que se dice es erróneo porque no debería restar de 24 horas, sino de  24 horas y 27 segundos que es lo que dura el día solar el 3 de enero, por el asunto de la ecuación del tiempo.

Ya que he recogido esa cita y he hecho publicidad a este medio, no me puedo reprimir e incluyo este párrafo del mismo artículo, cuya última frase podría figurar en la "antología del disparate", solo para que hagáis unas risas, después de leerla despacio:

¡Lo que da de sí un número tan redondo como el 86400! Que parece haber convertido el punto de los millares en coma (en caso contrario, el planeta giraría a velocidad infinita al reducir su rotación en toda su cuantía) en una frase absurda por su significado porque aún 86 y pico son muchos segundos. 

Y eso de que hayan sido los relojes atómicos quienes lo hayan descubierto ese numerito... Mucho antes de que se inventaran el día tenía 86400 segundos (24 horas de 60 minutos y cada uno 60 segundos) y fueron esos artefactos diabólicos los que lo pusieron en entredicho. 

Hay que tomárselo con humor, y este anexo de los dos rombos empieza a parecerse a aquel otro que utilicé al principio de la pandemia con algunos chistes para animar un poco, y cuya cabecera he incluido en la última cita.

Y ya puestos, otro detalle de Crónica.com, aunque este ¿es algo más serio? No lo creo, y te animo a que lo busques, lo leas entero, y ...

Por una parte se habla de 0.05 milisegundos y a continuación de 0.5 segundos: ¿dos temas diferentes que no explica? ¿pero por qué 0.5 segundos? ¿cambio de unidades con factor equivocado y en sentido contrario? ¿Me estoy volviendo demasiado suspicaz ...?

Pero, sin duda para darle sensacionalismo a algo que no lo tiene, se dice que esta mayor velocidad de rotación “podría provocar un gran impacto en nuestra vida cotidiana”, lo cual es totalmente falso, y en realidad ocurre lo contrario: desde que se mide el tiempo con precisión con los relojes atómicos, justamente este año 2020 es el que se ha comportado de manera más regular, por lo que en este aspecto es cuando menos problemas pueda haber creado.

Si en los últimos 47 años la Tierra se ha ido retrasando a una velocidad mucho mayor que lo que se ha acelerado en 2020 y no hemos tenido ningún problema por ello, ahora que precisamente con este leve adelantamiento lo que hace es reducir un poco el desfase y comportarse “como debe ser”, o mucho más parecido a ello, puedes dormir tranquilo porque toda esta historia no nos va a añadir ningún problema a los muchos que ahora mismo ya tenemos en el tercer planeta.

La ecuación del tiempo

Aunque resulte extraño, porque ya han pasado 2 semanas del solsticio, hoy 3 de enero es el día que más tarde sale el Sol de todo el año en latitudes cercanas a 43º, donde yo vivo. 

En el horizonte teórico de Bilbao hoy el Sol ha salido unos segundos después de las 8:44 hora oficial, mientras que el 21 de diciembre lo hizo a las 8:41

Esto es consecuencia de una curiosa circunstancia, que recoge la denominada "ecuación del tiempo" y que ya he mencionado en varias ocasiones. Pero la anécdota de hoy me da la excusa de centrarme en ella y explicarlo de manera completa.

1- Un extraño desajuste

Esto de la "ecuación del tiempo" se refiere a un tema técnico, poco conocido y sin ninguna influencia en la vida diaria hasta el siglo XIX cuando las indicaciones de los relojes mecánicos, ya con suficiente precisión, determinaban la hora oficial sustituyendo a los relojes de sol.

1: Reloj solar al que se le ha incluido la corrección de la ecuación del tiempo en una de sus líneas horarias. Los antiguos no la necesitaban.

2: Reloj mecánico en la catedral de Girona, ubicado donde anteriormente había un reloj de sol, y cuyas indicaciones difieren a causa de la ecuación del tiempo.

Por el nombre, puede parecer algo rimbombante, pero no tiene nada que ver con la física relativista ni los viajes en el tiempo como alguien me preguntó en una ocasión.  Sin embargo tiene algunas curiosas consecuencias como la que he citado al comienzo.

Puede parecer extraño porque siempre hemos oído que el día más corto (y la noche más larga) es el día del solsticio de invierno. Eso es cierto, pero el hecho de que hoy haya amanecido más tarde que estos días previos no significa que el día durará menos, ya que eso se compensa con que la puesta de sol va ocurriendo cada vez más tarde ¡desde el 8 de diciembre!.

Sencillamente lo que sucede es que en esta época del año (especialmente en diciembre y enero) el mediodía solar se va retrasando (respecto a nuestro reloj) y con ello también el momento de salida y puesta del Sol. 

Por ejemplo en mi latitud el 3 de enero dura 6 minutos más que el 21, y por ello parece que debería amanecer 3 minutos antes pero lo hace 3.5 minutos después porque el mediodía se ha atrasado 6.5 minutos respecto a nuestros relojes que no nos indican la hora solar, sino la llamada hora civil.

Concretamente ese mediodía astronómico, el momento medio entre la salida y la puesta del Sol, que ocurre cuando el astro rey se sitúa exactamente en dirección Sur (porque estoy en el hemisferio norte) y alcanza su máxima altura del día, no ocurre siempre a la misma hora porque la duración de los días (día +noche) es diferente según las fechas.

Durante estas semanas la duración real del día es algo más de las 24 horas, nuestros relojes se van adelantando respecto a Sol, y por eso el mediodía se va atrasando respecto a la hora oficial y se producen las circunstancias referidas antes: el Sol va saliendo cada vez más tarde, hasta que ese retraso se compensa con el alargamiento del día frente a la noche (en mi latitud precisamente hoy) una vez que ya hemos pasado el solsticio.

Los efectos de esta “ecuación del tiempo”, pueden despistar enormemente, por ejemplo, a quien quiera saber qué hora es, mirando un reloj solar (lo expliqué en "La hora de los relojes de sol"), porque no sirve eso de “Súmale una hora, o dos en verano” o “Si estamos en Galicia hay que sumar otra media hora más”, sino que en cada fecha la corrección es diferente. Esto de la lectura adecuada de los relojes de sol es quizás la consecuencia más evidente de este tema, porque todavía se pueden ver en muchos lugares estos antiguos relojes, o incluso instalados en época reciente con un objetivo decorativo o con un toque científico-cultural.

Cartel situado junto a un reloj de sol en el Aula de Astronomía de Durango, donde se hace referencia a la ecuación del tiempo, que debe utilizarse para calcular exactamente la hora oficial.

Todo este tema puede resultar extraño y no tenía ninguna relevancia cuando la hora la marcaba la posición del Sol y eran los relojes solares los que indicaban qué hora era. Aunque ya en el siglo XVII con las leyes de Kepler podía calcularse este extraño desajuste, no tiene ninguna utilidad hasta que los relojes mecánicos adquieren una suficiente precisión, y al marcar horas siempre de la misma duración (tiempo medio) dejan en evidencia que el momento del mediodía (cuando los relojes solares marcan las 12 en "tiempo solar verdadero") va cambiando poco a poco según la fecha.

Como recapitulación quiero insistir en que el motivo, u origen inmediato de la ecuación del tiempo es que eso de que "un día dura 24 horas" es solo un promedio de todos los días del año. Hay días más largos que esas 24 horas, (como máximo 30 segundos más), y otros más cortos, pero tanto unos como otros van todos seguidos con lo que la diferencia se va acumulando. 

En el primer caso los relojes se van adelantando a la posición del Sol (en el segundo caso atrasando) y la diferencia con la hora solar llega a ser de algo más de 14 minutos por un lado (el 12 de febrero el mediodía en el meridiano cero ocurre a las 12:14:13 T.U.) o más de16 minutos por el otro (el 4 de noviembre a las 11:43:34 T.U.). A lo largo del año unos se compensan unos con otros y al final el promedio son las conocidas 24 horas. 

2- Puedes comprobarlo con un sencillo experimento

Precisamente en estas fechas no muy lejanas del cambio de año puede comprobarse fácilmente que un día no dura exactamente 24 horas, porque precisamente ahora se dan las diferencias máximas:

En Astronomía se considera la duración de un día (día solar) como el tiempo que transcurre desde que el Sol está en dirección Sur (en el punto más alto de su trayectoria diaria) hasta que vuelve a estarlo al día siguiente, es decir de mediodía a mediodía, siendo esa la referencia que los astrónomos tomaban hasta hace unos años para determinar el día. 

Tú mismo-a podrías comprobarlo con la sombra de algún edificio, de una farola o, mejor, de un objeto cotidiano del que puedas marcar hoy a mediodía la posición de su sombra y mirar a qué hora vuelve a estar en la misma posición mañana. Verás que pasan unos cuantos segundos más de esas 24 horas.

Materiales para realizar el experimento. La brújula no es imprescindible.

Para ello: Marca la posición de una sombra hacia mediodía, (aproximadamente cuando se dirija hacia el norte). Anota la hora exacta en que has hecho las marcas (hora, minutos y segundos), y si al día siguiente observas esa misma hora verás que la sombra aún no está en la  misma posicion. Le falta un poco para llegar a ella, y aunque exactamente no sea fácil determinarlo, observa aproximadamente cuantos segundos adicionales tarda en situarse como el día anterior. Estos días de final y principio de año son los más favorables para apreciar ese intervalo de tiempo.

Esta imagen recoge la experiencia:

La sombra de una balaustrada de un balcón puede ser adecuada para realizar el experimento. Aquí se ha pegado con cinta adhesiva un papel blanco en el suelo para evitar que se mueva.

Consejos prácticos: 

- Lo mejor puede ser utilizar un lugar donde no pase la gente, incluso dentro de tu casa, y marcar la sombra en un papel blanco donde se aprecia mejor su borde, que se pegará al suelo para evitar que se mueva.

- Puede servir, por ejemplo, uno de los barrotes de la barandilla de un balcón o la separación de dos hojas de una ventana, de cuya sombra en el suelo de la terraza o el de la habitación se marcarán los dos lados, ya que marcando solo uno de ellos la imprecisión del tramo de penumbra hará más difícil la comprobación al día siguiente. La simetría de la sombra respecto a los dos bordes facilita la determinación del momento correcto.

- Si el segundo día ha estado nublado a esa hora, no importa: inténtalo los días posteriores y la diferencia será aún más apreciable. Si quieres estimar numéricamente el resultado y calcular aproximadamente la duración media de esos días, habrá que dividir entre el número de días que hayan pasado, y ese promedio dará un valor más exacto.

- Para que la situación sea correcta, hay que hacerlo a mediodía, tal como se ha dicho. En cada lugar y en cada fecha ese mediodía ocurre a diferente hora y por ello puede ser útil utilizar una brújula y realizar el  experimento cuando la sombra de un objeto vertical (el barrote de la verja del balcón) está en dirección norte.

- Pero como tampoco vamos a medir el tiempo con exactitud (una precisión de un segundo es imposible por este método), esa dirección será aproximada. Solo habría un error apreciable si tomásemos las medidas más de una hora antes o después de ese momento. Si lo hacemos a la tarde, cuando ya la sombra ha girado hacia el Nordeste, la diferencia de tiempo respecto a las 24 horas será menor, o incluso nula, como se representa en este gráfico.

La duración del día será el tiempo que el Sol tarda en volver a estar en dirección Sur de un día a otro (la sombra en dirección Norte). En otras direcciones no es válido. 
Para visualizar la situación se he exagerado enormemente tanto la diferencia de las trayectorias del Sol en dos días consecutivos, como el retraso en las posiciones del Sol el segundo día respecto al primero.

- Por ello el momento de la primera medición puede ser aproximado, en cualquier instante cercano al mediodía, pero anota la hora (hora, minutos y segundos) y la comprobación al día siguiente debe ser exactamente a la misma hora.

3- Motivos de la ecuación del tiempo

Hay dos causas que originan estos desfases y con ello dan lugar a la ecuación del tiempo: por un lado la inclinación del eje de la Tierra y por otro la diferente velocidad de nuestro planeta en su camino alrededor del Sol motivada por la forma ligeramente elíptica de su órbita, según la 2ª ley de Kepler. 

Los dos motivos de la ecuación del tiempo

La primera tiene más influencia que la segunda, pero en cualquier caso los detalles son bastante técnicos y por eso voy a incluir toda la explicación dentro del habitual anexo para quienes tienen curiosidad y ganas de seguir razonamientos que pueden no ser evidentes.

Como es probable que no te interese el detalle quédate con esa circunstancia, poco conocida, de que el mediodía verdadero ocurre a distinta hora según la fecha, habiendo una diferencia máxima de casi 31 minutos en los valores extremos (algo más de 14 o de 16 por un lado y por otro), que se dan a principio de noviembre y a mediados de febrero respectivamente.

He escrito varias veces sobre el tema en este blog, pero siempre de manera parcial y haciendo referencia a otros artículos anteriores antes de continuar. Por ello he decidido recopilar aquí todo ese material de manera ordenada y completa. Quizás algo te suene:

Como el asunto no es inmediato, iré paso a paso analizando los dos motivos citados y sus consecuencias, empezando por el menos relevante pero más sencillo:

A) Duración de la rotación y del día, y su variación por la segunda ley de Kepler.

La rotación terrestre tomando como referencia las estrellas es prácticamente uniforme salvo ligerísimas variaciones muy inferiores a un segundo, siendo su duración de 23 horas y 56 minutos (redondeando a minutos) y a este intervalo de tiempo se le llama día sidéreo. 

Cuando la Tierra ha dado una vuelta sobre su eje volveremos a ver las estrellas donde estaban al comienzo si hemos empezado de noche. Pero si el comienzo ha sido de día veremos que el Sol aparece desplazado un poco, porque en realidad se ha movido la Tierra un poco en su órbita y ya no está en la posición inicial, tal como se aprecia en el siguiente gráfico. Tiene que continuar rotando unos 4 minutos más hasta completar las 24 horas y ahora si, si hemos empezado a mediodía con el Sol en el meridiano, al cabo de esas 24 horas volverá a estar ahí.

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 al cabo de 24 horas porque vuelve a ser mediodía en el mismo punto.

Como se ha dicho, la rotación prácticamente es uniforme, pero la traslación no, y por este motivo esos 4 minutos pueden ser unos segundos más o unos segundos menos con lo que habrá días más cortos que 24 horas y otros más largos.

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 citados, o unos segundos 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 las proximidades del perihelio la Tierra se traslada más deprisa, de acuerdo con la segunda ley de Kepler. 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.

Conviene aclarar que este efecto, que da lugar a una de las componentes de la ecuación del tiempo, se debe a la segunda ley de Kepler. No es debido a las posiciones de la Tierra en un órbita elíptica (como en ocasiones se ha escrito), sino a que como consecuencia de esa pequeña elipticidad la velocidad de traslación es diferente en distintos lugares de la órbita. No demasiado, pero sí apreciable.

B) Movimiento aparente del Sol por la eclíptica a lo largo del año y su influencia en la duración del día.

A causa del movimiento de traslación, desde aquí el Sol se va desplazando sobre las constelaciones de fondo, pero no lo hace de manera perpendicular al meridiano debido a que el eje de rotación terrestre está inclinado.

A lo largo del año recorre la eclíptica y el recorrido que debe hacer el 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 ligeramente más largo según la estación y lógicamente tardará algo más, según se detalla luego.

Aunque todos sabemos que la Tierra no es el centro alrededor del cual se muevan los astros (como se creía antiguamente según el sistema geocéntrico) este gráfico corresponde al llamado "modelo de las dos esferas" y representa lo que vemos desde aquí.

Los días en las proximidades de los solsticios son más largos que en los equinoccios:

En los equinoccios la eclíptica atraviesa el ecuador y en sus inmediaciones está inclinada respecto a éste, mientras que en los solsticios las dos líneas son casi paralelas. Este será el motivo que ocasiona la diferente duración de los días.

Por ello, y tal como se aprecia en los siguientes gráficos, en los equinoccios el recorrido que debe realizar el Sol en la eclíptica (Rec Ecl) entre dos meridianos es mayor que si se moviera en el ecuador (Rec Ecu) mientras que en los solsticios es menor porque el espacio entre meridianos (en forma de huso) disminuye al alejarse del ecuador. 

La Tierra aproximadamente recorre en su órbita 1º cada día (porque en 365.25 días recorre los 360º y 360º /365 días=0,986º. O más exactamente 360/366.25 días sidéreos=0,983º) por ello desde aquí vemos recorrer al Sol casi  1º cada día en la eclíptica.

Como se aprecia en el siguiente gráfico, si suponemos un Sol ficticio situado siempre en el ecuador, y en un momento pasa por nuestro meridiano en el punto 1, en un día sidéreo (23 h 56 m) recorrerá 1º por la traslación de la Tierra y se situará en 2, y en otros 4 minutos más debido a la rotación lo veríamos describir ese grado y pasar de nuevo por el meridiano en 3, con lo que se cumpliría el día solar de unas 24 horas.

Pero el Sol no se mueve en el ecuador sino en la eclíptica. 

En los solsticios, al cabo de un día sidéreo el Sol se habrá movido 1º en la eclíptica, desde 1  hasta 2, que como se ha visto y se aprecia también en el siguiente gráfico, esa distancia es de más de un grado proyectada según los meridianos, por lo que necesitará más tiempo de la media (más de los 4 minutos) para llegar de 2 a 3 por la rotación de la Tierra, y así llegará más tarde al meridiano y el día solar será más largo de 24 horas.

En los equinoccios esa distancia, después de un día sidéreo, aun habiéndose movido un grado en la eclíptica, se habrá apartado menos de un grado del meridiano, como se ven en el siguiente gráfico, por lo que el Sol llegará antes al meridiano (necesitará menos de 4 minutos) y el día solar será más corto.

En definitiva, en ambos casos en un día sidéreo el Sol se mueve un grado en la eclíptica de 1 a 2, y la clave está en los aproximadamente 4 minutos que le faltan para volver a pasar por el meridiano en 3 y completarse el día solar (el tramo representado en rojo en los gráficos). En los solsticios será más porque le falta recorrer más espacio con lo que el día solar será más largo, y en los equinoccios será menos porque tiene menos espacio por recorrer.

Debido a la suma de los efectos que producen estas dos circunstancias recogidas en los apartados A) y B), cada día tiene una duración ligeramente diferente de 24 horas. 

Cuantificación de estos efectos

Si se consideran numéricamente 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 (día más noche), a lo largo del año:

Como puede apreciarse, la influencia del solsticio-equinoccio es mayor que la del perihelio-afelio  pero lo que determina la duración de cada día es la suma de ambas, indicado por la línea negra, que para mayor claridad recojo por separado en este otro gráfico (*)

 

Duración del día desde un paso del Sol por el meridiano local hasta el siguiente (día más noche), según la fecha. 

Se ve que 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 4 de enero (este año 2021 ha sido el día 2), y al sumar los dos efectos el día 22 de diciembre (a veces el siguiente) resulta ser el más largo del año con una duración de 24 horas y 30 segundos. 

Curiosa casualidad porque ese es el "día" más largo considerando día+noche, pero casi el más corto en el hemisferio norte si solo se considera el día (el tiempo en que el Sol está por encima del horizonte). En el hemisferio sur las dos circunstancias coinciden.

Si se integra la función de esta última gráfica y se va acumulando el retraso o adelanto, se obtiene la gráfica de la "Ecuación del tiempo"(**) que técnicamente indica la diferencia en cada fecha de la hora solar media local respecto a la hora solar verdadera que marcan los relojes de Sol.

Utilizando nomenclatura matemática, esta ecuación del tiempo sería la integral de la función de la gráfica anterior, considerando el origen cero en las 24 h, según la escala de la izquierda.

Esta gráfica de la ecuación del tiempo proporciona la diferencia entre el tiempo medio y el tiempo verdadero a lo largo del año y suele utilizarse (sumada al ajuste al huso o zona horaria correspondiente según la longitud geográfica) para calcular la hora oficial a partir de la que marca un reloj de sol.

Esta gráfica en ocasiones se representa invertida, o con los signos + y - cambiados. Evidentemente es lo mismo, teniendo claro lo que representan: En este caso recoge el tiempo que hay que añadir a la "hora solar verdadera" para obtener la "hora solar media local".   

También es muy frecuente encontrarla "doblada" y girada, dando una figura en forma de "número ocho" a la que se suele denominar "analema" en muchos relojes solares para realizar la corrección directamente, o en montajes fotográficos obtenidos con sucesivas tomas a la misma hora oficial (salvo el cambio horario estacional). En estos gráficos la escala de fechas no es homogénea porque se adapta a las diferentes variaciones en la declinación solar según la época del año.

Detalle del reloj solar que indica directamente la hora oficial en el Intituto de Sestao, reloj analemático trazado en la ikastola Alkartu de Barakaldo y analema solar obtenido en Atenas por Anthony Ayiomamitis.

Como conclusión, y volviendo a las consideraciones del comienzo del artículo, en el gráfico(*) de la duración del día se aprecia que precisamente en esta época, desde  principios de noviembre hasta mediados de febrero, los días (día más noche) duran más de 24 horas y nuestros relojes van adelantando respecto al Sol. O, visto de otra manera, el Sol se va retrasando respecto a la hora que marcan nuestros relojes. 

Este efecto de unos pocos segundos se va acumulando hasta unos cuantos minutos y esa acumulación es precisamente lo que se refleja en el último y definitivo gráfico de la ecuación del tiempo (**).

En él se deduce que durante estas fechas el mediodía se atrasa, y el Sol sale y se pone cada vez más tarde, siendo  ese efecto mayor (en mi latitud, y hasta el día de hoy) que el adelanto en la salida  del Sol por el efecto estacional tras haber pasado el solsticio de invierno.

En cada latitud ese día, que supone un punto de inflexión en la tendencia de la hora de salida del Sol, es diferente. En el centro de la península Ibérica es el 4 de enero, en el sur de la misma el 5, y en el ecuador el 12 de febrero, ya que al no haber allí efecto estacional queda determinado únicamente por la ecuación del tiempo.

El día perdido

A pesar de que la actualidad astronómica es el excepcional cometa NEOWISE y que he prometido escribir algo con datos técnicos sobre el mismo y posibilidades de su observación desde distintos lugares, estoy liado con muchas tareas y sin tiempo. 

Entre otros temas, hoy imparto una ponencia en las JORNADAS DE EDUCACIÓN EN ASTRONOMIA, organizadas desde Argentina, donde está previsto que yo intervenga (vía telemática) a las 22:00 hora oficial en España, y podrán seguirse en https://www.youtube.com/channel/UC82oHMEnELsY7Yf_KL5SQ3Q/live 

Así que ahora toca publicar este curioso artículo que tenía preparado desde hace semanas y debe salir necesariamente en esta fecha.

En un par de días espero volver con el cometa y ahora pido disculpas si se han difundido los resultados de mis observaciones por lugares donde este astro no es visible y se hayan producido frustraciones en lectores del hemisferio sur, por no advertirlo.

El tema de hoy es muy diferente:

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Hace hoy exactamente 498 años, unos osados marinos perdieron un día.

Seguro que conoces la obra de Julio Verne “La vuelta al mundo en 80 días” y probablemente habrás admirado su ingenio al darse cuenta del día que ganaron los personajes de su novela al dar la vuelta al mundo, lo que les permitió ganar la apuesta cuando pensaban que el plazo ya se había cumplido y la habían perdido.

Sin embargo es posible que este asunto no se le ocurriera al visionario escritor, sino que se hubiera basado en lo que sucedió en la primera vuelta al mundo.

Juan Sebastián Elcano después de mil peripecias y haber circunnavegado el planeta viajando hacia el Oeste, llegó con sus hombres a Cabo verde el miércoles 9 de julio de 1522. 

O eso pensaba él, porque los tripulantes de su nave se extrañaron de que los nativos “decían que era jueves”

Documento recogido en la exposición del Museo Marítimo de Bilbao sobe la primera vuelta al mundo, donde se cita la extraña circunstancia.

Porque, efectivamente, en realidad era día 10 jueves, ya que a diferencia de la novela de Verne, los viajeros habían perdido un día al viajar en sentido contrario. 

Equinoccio

Ya estamos en primavera. Hoy comienza esta época del año que se asocia con la esperanza o la alegría porque es la estación de las flores, cuando la naturaleza renace y los días se van haciendo más largos y luminosos. 

Desgraciadamente este año quizás no pueda decirse lo mismo y, por culpa del coronavirus, es la primavera menos esperanzadora que yo recuerdo. Pero nunca hay que desesperar y según muchas opiniones médicas el buen tiempo y aumento de las horas de sol y las temperaturas puede aminorar los devastadores efectos de la pandemia. 

Esperemos que a lo largo de la estación de las flores todo vaya mejorando, como el aspecto de esta rosa.

En la situación actual es muy importante mantener el estado de ánimo y, más que nunca, distraernos con nuestras aficiones.

Voy a centrarme en mi tema, y hoy toca escribir sobre el comienzo de la nueva estación: sobre el día del equinoccio. 

La etimología de esta palabra (æquinoctium proviene de æquus: igual y nox: noche) se refiere a la igual duración del día y la noche, y esa es la característica que se le asocia a esta fecha en la mayoría de las las referencias. 

Sin embargo no es así. En mi latitud (43º) hoy el día durará 20 minutos más que la noche. Aunque este dato escueto ya lo recogí en otro artículo hace varios años, ahora voy a dedicar casi todo el post a aclarar los motivos. 
Efectivamente, si miro en las efemérides y hago cálculos, obtengo que en Bilbao el Sol ha salido a las 7:14 y se pondrá a las 19:24, en ambos casos en hora oficial, una vez corregido el dato original en T.U. 

Datos publicados por el Instituto y Observatorio de la Armada de San Fernando. (Los que yo tenía a mano)
Corresponden a Madrid, un año en que el equinoccio ocurrió un poquito (15 horas) más tarde que en 2020. En Bilbao el Sol sale 3 minutos antes por la diferencia de longitud geográfica y la duración del día del equinoccio es unos cuantos segundos más, por la diferencia de latitud (explicación en el anexo)

Hay dos causas diferentes para que hoy el día dure 12h y 10 minutos, mientras que la noche duró solo 11h y 50 minutos (en mi latitud).

1- El tamaño angular del Sol 

   Considerando las posiciones de los astros, la duración del día y la noche serían iguales si se tomara el momento en que sale y se pone el centro del Sol en un horizonte teórico de altura cero. 
Pero astronómicamente se considera que el día comienza cuando aparece el primer rayo solar: cuando se produce el orto (salida) del limbo superior del Sol, y termina con el ocaso de este limbo superior del Sol, con el último rayo solar, y esos son los datos que recogen las publicaciones de efemérides en la sección de las horas de salida y puesta del Sol. 

Desde que se pone el centro de Sol (punto verde) hasta que lo hace su limbo superior (punto rojo) pasa un tiempo que hay que añadir a las 12 horas teóricas. 

En una latitud media (por ejemplo la de Bilbao de 43º) pasa aproximadamente un minuto y medio desde que se pone el centro del Sol hasta que lo hace el limbo superior. De manera análoga ocurre en la salida, con lo que se acumula un añadido de unos 3 minutos. 
Luego, en el anexo, analizaré lo que ocurre en otras latitudes. 

2- La refracción atmosférica 
      

Cuando vemos que el Sol está ya próximo a ponerse, con la parte inferior de su disco tocando el horizonte, en realidad ya está totalmente por debajo de este horizonte, y de la misma manera lo vemos salir cuando todavía está oculto. 
Visualizamos el Sol en un lugar donde no está, debido a que la atmósfera actúa como una lente y desvía la imagen mediante el fenómeno de la refracción. Por ello vemos un día más largo de lo que sería en realidad si no hubiera atmósfera.

Efecto de la refracción cuando el Sol está justo por debajo del horizonte. Para una mejor visualización se ha exagerado el grosor de la capa de la atmósfera suficientemente densa como para realizar ese efecto.

Este fenómeno es similar a lo que ocurre cuando vemos un lápiz en un recipiente con agua y parece doblado, porque la parte que está sumergida la vemos en un lugar que no le corresponde.

La atmósfera realiza el mismo efecto que el agua del vaso. 

Este efecto de la refracción es muy diferente según la altura del Sol, o de cualquier astro. En lugares próximos al cenit prácticamente no existe, pero aumenta de manera muy acentuada cerca del horizonte, donde el grosor de la capa de aire (con suficiente densidad como para realizar un efecto apreciable) es del orden de 10 veces mayor, porque ahí los rayos de luz atraviesan la atmósfera de través, de manera casi tangencial. 
A altura 0º la refracción tiene un valor de 33´, que casualmente es casi igual al diámetro solar, por lo que casi justo cuando vemos el Sol a punto de tocar el horizonte, en realidad acaba de ponerse completamente. 

Como la parte inferior del Sol está más cerca del horizonte que la superior, sufre más refracción; con lo que el disco solar se ve un poquito achatado en sentido vertical.

Cuando hoy mismo (20 de marzo) estaba viendo yo esta preciosa imagen desde mi ventana, el Sol estaba  ya casi totalmente debajo del horizonte.
Como mi horizonte no está a nivel del mar, la posición del Sol real (a trazos) y la imagen que yo veía se solapan ligeramente.

Sumando este efecto en la salida y en la puesta de Sol, en mi latitud se acumulan casi 7 minutos, que con los 3 debidos al motivo anterior, llegan a casi 10 minutos, que se añadirían a la duración del día respecto a las teóricas 12 horas en el equinoccio. 

Aunque el efecto geométrico de la refracción sea igual en cualquier lugar de la Tierra, debido al diferente ángulo respecto al horizonte de la trayectoria del Sol al Salir o ponerse, este motivo se solapa con el anterior para que en latitudes altas (norte o sur) la diferencia del día y la noche sea mayor en esta fecha, tal como se explica en el anexo.

En el equinoccio el Sol ¿sale exactamente por el Este y se pone por el Oeste? 

     

Esa es otra de las afirmaciones que casi siempre suelen hacerse al referirse a los equinoccios, e incluso reconozco que yo solía utilizarla a menudo. 
Aunque habitualmente se dice que el Sol sale por el Este, eso es el promedio de todos los días del año, pero el lugar de salida en los solsticios está lejos de ese punto cardinal. En mi latitud puede salir hasta más de 30º de distancia del Este, en fechas próximas a los solsticios. 

Teóricamente en los equinoccios debería salir exactamente por el Este y ponerse por el Oeste, aunque como debido a la refracción lo vemos desplazado en vertical hacia arriba, pero no en horizontal, y la trayectoria del Sol cuando sale y se pone no es vertical (solo lo es en el ecuador), realmente lo vemos salir un poquito más hacia el Sureste y ponerse hacia el Suroeste. 
         

En el instante 1 el Sol real se está poniendo por el Oeste, pero se le ve más arriba por la refracción.

En el instante 2 se ve ponerse el centro de la imagen refractada del Sol en un lugar diferente.
Si se considera el limbo superior, como representa la posición 3 que es lo que oficialmente se considera como ocaso astronómico del Sol, la diferencia es aún mayor. 

Por supuesto todo esto se refiere a un horizonte teórico, que muy pocas veces se da, pero es la única manera de hacer los razonamientos, que solo desde alta mar se ajustarían a la teoría. En cada pueblo o ciudad, o incluso en cada lugar concreto, el horizonte es diferente y su altura por las zonas Este y Oeste puede modificar en gran medida tanto el tema del momento como del lugar de salida o puesta del Sol.

En otras latitudes:

El aumento de la duración del día respecto a las 12 horas teóricas en el equinoccio por el tema de tomar el limbo superior del Sol en vez de su punto central aumenta considerablemente al aumentar el valor la latitud (tanto Norte como Sur), ya que el ángulo de la trayectoria con que se pone el Sol respecto al horizonte en el equinoccio (*) es la colatitud. Si la latitud es elevada este ángulo es muy pequeño, el Sol sale y se pone muy lentamente, y pasa mucho tiempo entre que se pone el centro del Sol y el limbo superior. 

En cuanto a la refracción, su magnitud no está afectada por la latitud, pero su influencia en el asunto que estamos tratando es mucho mayor por los mismos motivos que antes. En el siguiente gráfico se recogen varios ejemplos.

1- Posición del Sol real con su centro en el horizonte

2- El Sol real justo debajo del horizonte

3- Imagen refractada del Sol, en el momento en que en realidad está en la posición  2

4- Imagen refractada del Sol con el limbo superior en el horizonte

Las imágenes 2 y 3 corresponden al mismo instante. Lo reitero porque es importante.
Las flechas verdes recogen el efecto de tomar el limbo solar en vez del centro y las azules el efecto de la refracción.

Teniendo en cuenta que el Sol recorre su diámetro en dos minutos, este gráfico puede servir para hacer una estimación numérica del valor del tiempo de la posición 1 a la 4, sumando las longitudes de las flechas verdes y azules.

Como la refracción a altura cero es similar al diámetro del Sol, la influencia de esta refracción es aproximadamente el doble que la ocasionada por el centro-limbo. 

El latitudes altas el efecto es muy elevado. Por ejemplo en 89º norte o sur, en el equinoccio la duración del día es de casi 16 horas y la noche solamente 8.

Este gráfico ilustra también la distancia angular del lugar de puesta del Sol respecto al Oeste, en los equinoccios, que también aumenta con la latitud.

(*) El mencionado ángulo en realidad pertenece a un triángulo esférico y no plano, pero se puede asimilar a él, al tomar una porción reducida de la bóveda celeste cercana al horizonte. Su valor es la colatitud para un astro situado en el ecuador celeste, como ocurre con el Sol el día del equinoccio. 

Al cambiar la declinación del astro ese ángulo va disminuyendo, y por ejemplo las estrellas que por muy poco no son circumpolares (declinación un poco mayor que la colatitud) se ocultan de una manera rasante, con un ángulo muy pequeño respecto al horizonte.

Más sobre el tema, en este blog.

Hoy me he centrado solo en la duración del día en esta fecha tan especial y en el lugar de salida y puesta del Sol. Puedes encontrar otros dos artículos, más completos, que recogen otros aspectos del equinoccio de primavera:
Ya llega la primavera 

¿Se adelantó la primavera?

Y otros dos sobre el comienzo del otoño: 

El Otoño nunca empezó el 21

Equinoccio: Cuando las sombras mantienen el rumbo 

Una cuestión que puede surgir al constatar el desajuste entre la teoría y la observación en el caso de la fecha del equinoccio es cómo podían determinar hace siglos dicha fecha con precisión, incluso mucho antes de que se conociera la realidad de los movimientos de la Tierra, con la teoría heliocéntrica. Un caso claro y documentado es la normativa sobre determinación de la pascua en el concilio de Nicea en el siglo III. 

Independientemente de los posibles cálculos teóricos, hay un fenómeno fácilmente constatable sin medios técnicos, y es el tema de la longitud de las sombras a mediodía, como recojo en el primero de estos 4 enlaces, o su trazado diario a lo que se refiere el último, que no están afectados por las dos circunstancias que son protagonistas en este post.

Te aconsejo que no lo leas, si tienes la cabeza algo “cargada” y, en cualquier caso, no tomarte en serio sobre todo la parte final.

Si nos ponemos rigurosos … Exagerando la precisión o "discusiones casi bizantinas".

A partir de aquí cuando digo simplemente “día” sin especificar nada más, me estoy refiriendo al tiempo en que está el Sol por encima del horizonte (a eso que dicen que hoy dura 12 horas) y no al día completo de 24 horas.

Después de haber hablado en la radio sobre el tema, me ha llegado una pregunta de un oyente sobre si (independientemente del tamaño del disco solar y la refracción) la duración teórica sería exactamente de 12 horas, o no, porque “En el equinoccio la tierra sigue su órbita, luego en esas 12 horas el sol "pasó" del hemisferio sur al norte, con lo que sería un poco más largo”

Nota: Este párrafo lo añado el día 25-3. Aunque en principio me sonó un poco extraño, quiero agradecer a este oyente su interés por aclarar estos temas, porque me ha dado pie a profundizar, aprender deduciendo, y sacar jugosas conclusiones, que en muchos casos han resultado bien acogidas. Pueden resultar demasiado rebuscadas, pero este anexo está recomendado solo para iniciados, y (añado) para quienes les guste dar una vuelta más.

Traté de entender la frase y, efectivamente, algo hay. Si considerásemos que comienza y acaba el día cuando es el centro del Sol el que se sitúa en horizonte plano de altura cero, y no hubiese atmósfera, el día duraría 12 horas igual que la noche … aproximadamente, redondeando a los minutos. Porque en segundos normalmente no.

Si queremos una precisión de segundos, aparecen otros dos factores a tener en cuenta:

- La diferente duración de los días solares

Normalmente nos referimos a las 24 horas que tiene un "día solar medio", pero la verdadera duración de cada "día solar verdadero" es diferente y puede oscilar hasta en unos 30 segundos de más o de menos, y ello da lugar la llamada "Ecuación del tiempo”, tal como expliqué en la última parte de este artículo .

Concretamente el día del equinoccio de marzo (día+noche) dura 23h 59m 42s, es decir, 18 segundos menos de las 24 horas, tal como puede comprobarse con los datos de los anuarios de efemérides, y esto es así en todos los lugares.

Restando los datos remarcados se obtiene la duración de los "días solares verdaderos"

Esto no obstante, no afecta en principio a la diferente duración del día respecto a la noche, porque ambos reducen su duración en el mismo valor (9 segundos cada uno), pero la duración teórica exacta del día no serían esas 12 horas que es lo que estamos buscando. 

Aunque bien pensado esos 9 segundos quizás sean bastante más que eso “debido a que la tierra sigue su órbita…” ¿O no?

- La hora exacta en la que se produce el equinoccio y la asimetría del "día del equinoccio" respecto a ese momento.

Si el equinoccio ocurre exactamente a mediodía, la mañana es un poquito más corta que sus correspondientes 6 horas porque el Sol ha salido un poco más tarde ya que lo ha hecho cuando todavía era invierno, con declinación negativa. Pero ello se compensa con que la tarde será un poco más larga de las 6 horas, porque cuando el Sol se pone ya ha pasado el momento del equinoccio, el Sol está en el hemisferio norte celeste (para la primavera en el hemisferio norte) con declinación positiva y se pone algo más tarde.

El gráfico es solo un esquema y se han exagerado la diferencia de la salida y puesta del Sol respecto a las horas indicadas, con la escala de esas horas. 

En este caso sí: la duración del día sería de 12 horas exactas. ¡¡¡Perdón!!! De 11 horas 59 minutos y 51 segundos, por lo de antes, eso de la ecuación del tiempo.

Pero como normalmente no ocurre a mediodía… ¡Ya la hemos liado!

Si el momento del equinoccio es por la mañana (o por la noche en esa fecha, como este año que ha sido a las 3:50 T.U.), la mayor parte del día (o todo él) es ya primavera, y su duración será mayor de las 12 horas (bueno, de las 11h 59 m y 51 s) y si el equinoccio ocurre por la tarde (o por la noche antes del cambio de fecha) será menor.

Por todo ello, si queremos que el día dure 12 horas exactas en la fecha que comienza la primavera, el equinoccio deberá ocurrir antes de mediodía para poder añadir esos 9 segunditos, y debería ser exactamente a las …  Seguro que aquí algún año habrá ocurrido a esa hora. 

¿O por mucho que “se mueva la tierra en su órbita…” la diferencia máxima no llegará a los 9 segundos (yo "así a ojo" creo que sí llegará, pero quién sabe) y habrá que recurrir a otra fecha posterior… Evidentemente no me voy a poner a calcularlo a no ser que el confinamiento por la pandemia sea eterno y me aburra en casa.

Recogiendo la aportación de Kochab en un comentario (edito y añado ésto el 25-3), en el momento exacto del equinoccio en cada lugar de la Tierra será una hora diferente (según su longitud geográfica) por lo que donde coincida con la salida del Sol (prescindiendo de los factores que alteran la situación, de los que se ha hablado aquí), éste aparecería exactamente por el Este. 
De la misma manera, y con las mismas salvedades, en el meridiano en que ocurra a mediodía, tendrán un día de 12 horas exactas. Este año 2020 ha ocurrido en zonas de Canadá y la costa Oeste de Estados unidos.

Otra historia que se me viene ahora a la cabeza (maldito coronavirus, que me impide estar liado con temas más productivos) es qué sentido tiene decir eso de que en la fecha del equinoccio la noche y el día duran igual. Porque los cálculos dependen de ...

El día está claro cual es, pero la noche … ¿qué noche hay que considerar? ¿La anterior o la siguiente? Porque las noches tienen una parte en cada fecha. Y metidos ya en estas precisiones, la duración de una y de la otra ¡son diferentes!

Hay un grave problema semántico en todo esto: "en esa fecha el día dura igual que la noche" ¡Pero si en una fecha no existe una noche completa, sino dos trozos de noches!

O... ¿Se podrá considerar la noche anterior si el momento del equinoccio es antes de mediodía o la siguiente si es después? … 

¿Hago una consulta a la Unión Astronómica Internacional, para ver si hay legislado algo a este respecto?... 
Creo que tampoco lo haré, que los pobres bastante se liaron con el tema de Plutón como para ponerles en otro aprieto en estos delicados momentos en que ni siquiera se pueden reunir.
Perdón por el tono de los últimos párrafos, pero creo que es un ejercicio de humor que todos-as necesitamos.