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1.1. Movimientos de la Tierra

Rotación
Traslación
Precesión y nutación

Figura 1-1-1: Movimiento de traslación

La Tierra tiene una masa de 5.97x10²⁴ kg y un radio ecuatorial de 6378.14 km. No es completamente esférica sino achatada en los polos de manera que el radio hacia el polo norte o sur es 22.5 km más corto que el medido en el ecuador. La masa de la Luna es 81.3 veces más pequeña que la de la Tierra y tiene un diámetro de 3476 km.

Rotación

La observación simple del Sol, la Luna y las estrellas muestra la existencia de movimientos aparentes, de Este a Oeste, que fundaron durante muchos años la creencia de que los astros realizaban desplazamientos alrededor de una Tierra fija en el espacio. Esta idea persistió hasta bien entrado el siglo XVI sin embargo, aun cuando la hipótesis de la rotación de la Tierra era generalmente admitida, no hubo una prueba concluyente hasta que Foucault realizó en el siglo XIX la experiencia del péndulo en el panteón de París. Cada 24h, exactamente 23h 56m 0.41s, la Tierra da una vuelta alrededor de un eje ideal que pasa por los polos. El sentido de la rotación es de Oeste a Este. Este fenómeno explica la sucesión de los días y las noches y el movimiento aparente de los astros.

Péndulo de Foucault

Traslación

Si la Tierra estuviese fija en el espacio y su único movimiento fuese la rotación, las estrellas ocuparían a una hora determinada la misma posición. Sin embargo esto no sucede ya que cada noche hay que adelantar la observación 3m 56 s para que las posiciones coincidan con las de la noche precedente.

La Tierra realiza una revolución alrededor del Sol describiendo una elipse ( Figura 1-1-1 ), de excentricidad muy pequeña, que tiene 930 millones de kilómetros de longitud. En este recorrido invierte aproximadamente 365 días y cuarto. Por tanto la Tierra marcha por el espacio a una velocidad de 29.5 km/s, esto es a 106000 km/h, recorriendo cada día 2544000 km. Al ser la órbita elíptica, la distancia entre la Tierra y el Sol varía en el transcurso del año. A principio de Enero alcanza su máxima proximidad, perihelio, (145.7 millones de km) y a primeros de Julio la distancia es máxima, afelio, (151.8 millones de km). La distancia media Sol-Tierra es de 150 millones de km. El eje de rotación de la Tierra forma un ángulo de 23.5^o con la perpendicular al plano de la órbita. Si ambas direcciones coincidieran no ocurrirían las estaciones.

El plano de la órbita recibe el nombre de eclíptica que deriva de eclipse, ya que es el lugar donde ocurren los eclipses de Sol y de Luna. Los elementos de esta órbita experimentan perturbaciones causadas por la atracción gravitacional de los otros planetas.

Precesión y nutación

Figura 1-1-2: Movimientos
de precesión y nutación

La Tierra no es completamente esférica, sino ligeramente achatada en los polos. Tiene la forma de un elipsoide y por ello la atracción gravitacional del Sol y la Luna provocan un efecto, denominado precesión ( Figura 1-1-2), que obliga al eje de rotación a describir un movimiento que genera en el curso del tiempo un cono de 47^o. La posición del polo celeste cambia en el curso de los siglos, desplazandose en sentido contrario al de la rotación de la Tierra, y por ello la denominada estrella polar no será siempre la misma. La Polar actual es una estrella de la constelación de la Osa Menor que está muy próxima a la dirección del polo norte, pero no lo señalará exactamente hasta el año 2015. Después se alejará lentamente y cuando vuelvan a coincidir habrán transcurrido 25675 años.

Sobre el eje de eje de rotación actúa también otro mecanismo perturbador. El plano de la órbita de la Luna no coincide con la eclíptica de manera que su atracción gravitacional tiene direcciones diferentes a la ejercida por el Sol. Este efecto, conocido como nutación, obliga al eje terrestre a describir un pequeño movimiento elíptico. Como resultado de las dos perturbaciones, nutación mas precesión, el eje de rotación describe una superficie levemente ondulada, caracterizada por unos bucles cuyo número es de 1300 en un ciclo completo.

Ensalada de solsticios y equinoccios: las estaciones y los cambios de duración del día ----

Contenido: Sergio de Régules Ruiz-Funes

Aquí está la clave secreta para entender el misterio de las estaciones.

La Tierra gira alrededor de su eje. Seguramente ya lo sabías. Lo que no sabías es que el eje apunta siempre en la misma dirección. No importa en qué parte de su órbita se encuentre el planeta, su eje de rotación siempre está señalando como un dedo hacia el mismo punto del espacio.

Cerca de ese punto hay por casualidad una estrella, a la cual conocemos como Estrella Polar, o Polaris. El eje de rotación de la Tierra apunta casi directamente hacia Polaris por el lado del norte. Por el lado sur apunta aproximadamente en la dirección de la constelación de la Cruz del Sur.

Imagínate que te paras en el Sol durante un año y miras a la Tierra girar a tu alrededor como un bailarín que clava la vista en la cara de su pareja al hacer ambos un giro. (Necesitarías un buen telescopio, porque la Tierra es una bolita de sólo 12,800 kilómetros de diámetro que se encuentra a 149 millones de kilómetros del Sol). Como el eje de rotación de la Tierra apunta siempre en la misma dirección, verías al planeta hacer a lo largo del año un movimiento de bamboleo --digamos, como si tu pareja al bailar dijera que sí con la cabeza: primero un polo se inclina hacia el Sol, luego el otro y el ciclo se repite, año con año.

La danza de la Tierra con el Sol

(2a)---------------------------------- (2b)-------------------------------- (2c)

(2a) Primero un polo se inclina hacia el Sol.
(2b) Luego se aleja. Los dos polos quedan perpendiculares a los rayos del Sol.
(2c) Luego el otro polo se inclina hacia el Sol, y el ciclo se repite, año con año.

Para lectores observadores y curiosos: Si comparas las figuras 1 y 2 y eres muy observador a lo mejor estás pensando que las figuras (2a), (2b) y (2c ) están mal. ¿No debería estar inclinada hacia un lado la dirección norte-sur? Buena observación, pero el Sol y la Tierra son esféricos y en el espacio no hay direcciones "mejores" que otras. Somos libres de suponer por comodidad que nos paramos en el Sol, pero inclinamos la cabeza con el mismo ángulo que el eje de rotación de la Tierra; así veremos el norte hacia "arriba" y el sur hacia "abajo", como estamos acostumbrados.

Solsticios y equinoccios

Al moverse la Tierra en torno al Sol pasa por cuatro puntos muy interesantes (ver figura 1): (1) el punto en que el hemisferio norte alcanza la máxima inclinación hacia el Sol; (3) el punto en que el hemisferio sur alcanza la máxima inclinación hacia el Sol; (2) y (4) los puntos intermedios, en que ambos hemisferios están igual de inclinados.
¿Cómo se relacionan las figuras 1 y 2? ¿A qué puntos de la figura 1 corresponden las figuras 2a, 2b y 2c?
Los astrónomos les han puesto nombre a los instantes precisos en que la Tierra llega a esos puntos especiales de su órbita:

(1) solsticio de verano boreal (solsticio de invierno austral)
(2) equinoccio de primavera
(3) solsticio de invierno boreal (solsticio de verano austral)
(4) equinoccio de otoño

Fíjate bien en que los solsticios y los equinoccios son al mismo tiempo:

puntos de la órbita de la Tierra, e
instantes precisos, no días (aunque acostumbramos llamar solsticio o equinoccio al día en que ocurren esos instantes.)

¿Alguna vez te preguntaste por qué se anuncia, por ejemplo, que "la primavera entrará a las 6:38 p.m."? Pues es por eso: el equinoccio de primavera es el instante preciso en que la Tierra llega al punto (2).

¿Por qué hay más horas de luz en verano que en invierno?

Para entender por qué hay menos horas de luz solar en invierno y más en verano --y por qué este efecto se acentúa en las latitudes extremas-- lo mejor es ver la superficie de nuestro planeta desplegada en un plano.
En todo momento, en cada instante, sea la hora que sea y la fecha que sea, una mitad de la superficie de la Tierra está iluminada y otra está a oscuras. Siempre hay media naranja de luz y media naranja de sombra. Pero esas medias naranjas no parten la Tierra como tendemos a hacerlo nosotros, a lo largo del ecuador o en la dirección norte-sur. Las medias naranjas de luz y sombra se desplazan a lo largo del año y cortan la Tierra de maneras caprichosas.

Medias naranjas de luz y sombra
(en todas las figuras son alrededor de las 8 de la noche en México)

solsticio de verano------------- equinoccios------------- solsticio de invierno

¿Hacia dónde está el Sol en cada una de estas figuras?

Así se ven las cosas en los solsticios y en los equinoccios a la misma hora del día, aproximadamente mediodía en México.

Día y noche en los solsticios y los equinoccios, vistos desde una cómoda altitud

Solsticio de invierno (en el hemisferio norte)
Cuanto más al norte se encuentre un lugar, menos horas de luz tiene en estas fechas (fíjate en el ancho de la parte iluminada que atraviesa un país según su latitud y compáralo con el ancho de la parte oscura).

Equinoccios
El día y la noche duran exactamente 12 horas (equi: igual, nox: noche; ¡equinoccio!). Además, día y noche duran lo mismo en todo el mundo.

Solsticio de verano (en el hemisferio norte)
Cuanto más al norte se encuentre un lugar, más horas de luz tiene.

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