Una fotografía del Sol tomada a la misma hora todos los días dará como resultado el patrón visual que se ve aquí,… conocido como analema. La forma pellizcada, en forma de ocho, se debe a los factores variables de la órbita de la Tierra en el espacio.
César Cantú / AstroColors
En cualquier momento del día, teóricamente podrías configurar una cámara para tomar una foto del paisaje que abarque la posición aparente del Sol en el cielo. Si volvieras al día siguiente a la misma hora exacta, 24 horas más tarde, encontrarías que el Sol ha cambiado su posición muy ligeramente. Si hicieras esto todos los días durante un año completo, descubrirías dos cosas importantes:
- El Sol habría vuelto a su punto de partida por fin, al igual que la Tierra volvió al mismo punto de su órbita desde un año antes.
- La forma que trazaste se parecería a una figura 8 con un bucle más grande que el otro: una forma conocida como nuestro analema.
El hecho de que la Tierra orbite el Sol una vez al año explica la primera parte. Pero el movimiento del Sol en su particular forma de analema se debe a una combinación de razones profundas. Descubramos por qué.
La Tierra en órbita alrededor del Sol, con su eje de rotación mostrado. Todos los mundos de nuestro sistema solar… tienen estaciones determinadas por su inclinación axial, la elipticidad de sus órbitas o una combinación de ambas.
Usuario de Wikimedia commons Tauʻolunga
El primer factor importante que contribuye al movimiento aparente del Sol es el hecho de que la Tierra orbita el Sol mientras está inclinada sobre su eje. La inclinación axial de la Tierra, de aproximadamente 23,5°, asegura que los observadores en diferentes lugares verán al Sol alcanzar posiciones más altas o más bajas sobre el horizonte a lo largo del año. Cuando su hemisferio está inclinado hacia el Sol, la posición máxima del Sol se elevará más cerca del cenit, mientras que cuando su hemisferio se aleja, la posición máxima del Sol se alejará de él.
Cuando su mitad del mundo está inclinada hacia nuestra estrella madre, la trayectoria del Sol a través del cielo parece más larga, se eleva más alto y nos proporciona más horas de luz del día que la media. La inclinación axial es la causa de las estaciones en la Tierra, y explica por qué hay tanta diferencia en la duración y el carácter de un día en el Solsticio de Verano frente al Solsticio de Invierno.
La trayectoria aparente del Sol a través del cielo en el solsticio es muy diferente cerca del ecuador, a 20… grados de latitud (izquierda), frente a lejos del ecuador, a 70 grados de latitud (derecha). Desde esta última ubicación, el Sol nunca es visible durante el solsticio de invierno, ya que la inclinación axial es mayor que la diferencia de latitud con respecto al polo.
Usuario de Wikimedia Commons Tauʻolunga
En general, en toda la Tierra, el Sol parece salir por la porción oriental del cielo, se eleva en lo alto hacia la dirección ecuatorial, y luego baja y se pone en el oeste. Si usted vive:
- al sur de los 23,5° de latitud S, el solsticio de junio marca la trayectoria más corta y baja del Sol a través del cielo, mientras que el solsticio de diciembre marca la trayectoria más larga y alta.
- al norte de los 23,5° de latitud N, el solsticio de diciembre marca la trayectoria más corta y baja del Sol a través del cielo, mientras que el solsticio de junio marca la trayectoria más larga y alta.
- entre los dos trópicos (entre los 23.5° S y 23,5° N), el Sol pasará directamente por encima en dos días equidistantes de un solsticio.
Desde cualquier lugar, si se siguiera la posición del Sol a lo largo del año -como a través de una cámara estenopeica- esto es lo que se vería.
El camino observado que el Sol toma a través del cielo puede ser rastreado, de solsticio a solsticio,… usando una cámara estenopeica. Ese camino más bajo es el solsticio de invierno, en el que el Sol invierte su curso, pasando de caer más bajo a subir más alto con respecto al horizonte, mientras que el camino más alto corresponde al solsticio de verano.
Regina Valkenborgh / www.reginavalkenborgh.com
Pero el Sol no parece salir y caer simplemente en el cielo de forma simétrica. Las horas de puesta y salida del Sol varían a lo largo del año. El Sol alcanza su punto más alto en una variedad de momentos a medida que cambian las estaciones, no simplemente al mediodía todos los días.
La razón de esto se debe en gran medida al segundo contribuyente principal al movimiento aparente del Sol a lo largo del año: La órbita de la Tierra alrededor del Sol es elíptica, no circular.
Orbitar en una elipse no sólo significa que la Tierra está más cerca o más lejos del Sol en ciertos puntos de su órbita. También -por la segunda ley de Kepler- significa que cuando la Tierra está cerca del Sol (perihelio), posee una velocidad orbital más rápida, y cuando la Tierra está lejos del Sol (afelio), posee una velocidad orbital más lenta.
Los planetas se mueven en las órbitas que lo hacen, de forma estable, debido a la conservación del momento… angular. Al no tener forma de ganar o perder momento angular, permanecen en sus órbitas elípticas arbitrariamente en el futuro. La Tierra hace su mayor aproximación al Sol cada 3 de enero aproximadamente, mientras que su mayor alejamiento se produce a principios de julio.
NASA / JPL
Por sí solo, esto no supondría una gran diferencia, pero ahora hay que añadir otro factor: la Tierra no gira una vez sobre su eje cada 24 horas. En cambio, la Tierra realiza una rotación completa de 360° en sólo 23 horas y 56 minutos; un día dura 24 horas porque se necesitan esos 4 minutos adicionales para «alcanzar» la cantidad de distancia que la Tierra ha recorrido en su órbita alrededor del Sol.
Durante un día medio, cuando la Tierra se mueve a su velocidad media alrededor del Sol, 24 horas es justo. Pero cuando la Tierra se mueve más lentamente (cerca del afelio), 24 horas es demasiado tiempo para que el Sol vuelva a su misma posición, por lo que el Sol parece desplazarse más lentamente que la media. Del mismo modo, cuando la Tierra se mueve más rápidamente (cerca del perihelio), 24 horas no son suficientes para que el Sol vuelva a su posición inicial, por lo que se desplaza más rápidamente que la media.
El efecto de la naturaleza elíptica de nuestra órbita (izquierda) y nuestra inclinación axial (centro) sobre la posición del Sol… en el cielo se combinan para crear la forma de analema (derecha) que observamos desde el planeta Tierra.
Imagen generada por Autodesk a través del Reino Unido
Si sólo tuviéramos que lidiar con la inclinación axial, y nuestra órbita fuera un círculo perfecto, la trayectoria que el Sol trazara en el cielo sería una figura 8 realmente perfecta: simétrica respecto a los ejes horizontal y vertical.
Si viviéramos en un planeta sin rumbo que tuviera una órbita elíptica, la trayectoria del Sol en el cielo sería simplemente una elipse: donde la excentricidad sería el único factor que contribuiría al movimiento del Sol. Esto es lo que ocurre aproximadamente en Júpiter y Venus, donde las inclinaciones axiales son insignificantes.
Pero aquí en la Tierra, tenemos tanto una órbita elíptica como una inclinación axial significativa, por lo que ambos efectos son importantes. En particular, cuando los combinamos, podemos ver inmediatamente por qué nuestro analema se parece a un «8» que está pellizcado en un lado estrecho.
Como la Tierra gira sobre su eje y orbita el Sol en una elipse, la posición aparente del Sol… parece cambiar del día a día en esta forma particular: El analema de la Tierra.
Giuseppe Donatiello / flickr
Aquí en la Tierra, el perihelio se produce el 3 de enero: justo 2 semanas después del solsticio de diciembre. Dado que nuestro planeta se mueve con la mayor velocidad cerca del solsticio de diciembre, eso hace que el lado «inferior» del analema (desde el hemisferio norte) sea mucho mayor que el lado «superior», que coincide con el afelio a principios de julio y el solsticio de junio.
Con todo esto, podemos combinar estos efectos para hacer una ecuación de dónde estará situado el Sol en cualquier momento concreto visto desde cualquier lugar de la Tierra. Llamamos a esta cantidad derivada la ecuación del tiempo.
La ecuación del tiempo está determinada tanto por la forma de la órbita de un planeta como por su inclinación axial, así como… por la forma en que se alinean. Durante los meses más cercanos al solsticio de junio (cuando la Tierra se acerca al afelio, su posición más alejada del Sol), se mueve más lentamente, y por eso esta sección del analema aparece pellizcada, mientras que el solsticio de diciembre, que ocurre cerca del perihelio, es alargado.
Usuario de Wikimedia Commons Rob Cook
En definitiva, sólo la inclinación axial y la elipticidad determinan la forma de la trayectoria del Sol vista a la misma hora, cada día, desde la Tierra. El analema de la Tierra está fijado en esta forma particular.
Pero hay dos factores más en juego para determinar la orientación exacta del analema. Uno de ellos es su ubicación en la Tierra: los observadores del hemisferio norte verán que el bucle pequeño del analema se produce en la parte alta del cielo y el bucle grande en la parte baja, mientras que los observadores del hemisferio sur verán lo contrario.
Si fotografía el Sol todos los días al mediodía, su analema aparecerá perfectamente vertical (izquierda)…. Antes del mediodía (arriba a la derecha), el analema parece girar en sentido contrario a las agujas del reloj hacia el horizonte, mientras que después del mediodía, parece girar en sentido de las agujas del reloj con respecto al horizonte. Estas imágenes son una prueba más, para los que dudan, de que la Tierra es redonda.
The Sydney Morning Herald
Y la otra es a qué hora del día tomas tus fotografías. Si toma su fotografía diaria:
- al mediodía, cuando el Sol está en su punto más alto, el analema aparecerá perfectamente vertical.
- Antes del mediodía, antes de que el Sol alcance su punto más alto, el analema aparecerá girado en sentido contrario a las agujas del reloj desde la posición del mediodía.
- Después del mediodía, después de que el Sol alcance su punto más alto, el analema aparecerá girado en sentido de las agujas del reloj desde su posición del mediodía.
Se puede saber, al examinar las 52 imágenes combinadas de César Cantú de todo el año cosidas, que fotografió el Sol al final de la tarde desde su latitud en México.
En el transcurso de un año de 365 días, el Sol parece moverse no sólo arriba y abajo en el cielo, como… determina nuestra inclinación axial, sino adelante y atrás, como determina nuestra órbita elíptica alrededor del Sol. Cuando se combinan ambos efectos, la figura 8 que resulta se conoce como analema. Las imágenes del Sol que se muestran aquí son una selección de 52 fotografías de las observaciones de César Cantú en México a lo largo de un año natural.
César Cantú / AstroColors
Es fácil ver que el punto más alto corresponde al solsticio de verano, mientras que el punto más bajo corresponde al solsticio de invierno, pero no hay ningún significado astronómico especial para el «punto de cruce» en el analema del Sol visto desde la Tierra. Al ocurrir aproximadamente el 14 de abril y el 30 de agosto, esas fechas sólo están determinadas por la forma en que nuestras estaciones, determinadas por la inclinación axial, se alinean con la órbita de nuestro planeta alrededor del Sol.
Si nuestro perihelio y afelio estuvieran alineados con los equinoccios, en lugar de con los solsticios, tendríamos un analema en forma de lágrima, en lugar de una figura 8, ¡que es como aparece el Sol desde Marte! El analema es la forma hermosa y natural trazada por el Sol a lo largo del tiempo, creando una figura 8 como dictan nuestra órbita e inclinación axial. Disfruta del movimiento del Sol a través de nuestros cielos, ya que su pirueta cósmica única se debe al movimiento único de nuestro planeta a través del espacio
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