Astronomía

Astronomia del movimiento de la Tierra en el espacio

 El Reloj de Sol

"Alguna gente puede decir la hora que es mirando al Sol. Pero yo nunca he sido capaz de explicar los números." (Atribuido a un ensayo de un estudiante  de escuela elemental.) El reloj de Sol más sencillo es un palo vertical elevándose de una superficie horizontal plana. Cuando sale el Sol, pasa por el punto más alto de su órbita (al mediodía y hacia el sur, en el hemisferio norte) y se pone,la sombra gira alrededor del palo en dirección a las agujas del reloj y su posición puede utilizarse para medir el tiempo. Realmente, se dice que ladirección en la que giran las agujas del reloj se escogió por ese motivo. Un reloj de Sol con un pu con un punterovertical ("nomón") indicará el mediodía correctamente cuando su sombra apunte al norte. Sin embargo, la dirección de la sombra a otras horas del día dependerá de la estación--su valor en verano, cuando la órbita solar esté alta, diferirá de la del invierno, con el Sol bajo en el horizonte.

Sin embargo un reloj de Sol medirá bien en todo momento si el puntero estáinclinado apuntando hacia el polo de la esfera celestial (pulse aquí para una explicación pero, tenga cuidado, ya que es un poco complicada). El ángulo entre el puntero y la base iguala entonces a la latitud geográfica del usuario. Un Reloj de Papel Se encuentran, a menudo, relojes ornamentales en parques y jardines con el puntero ensanchado en una aleta triangular, que deberá apuntar hacia el norte. Un reloj de este tipo puede ser construido de cartulina o cartón: pulseaquí para ver un diseño básico, que puede imprimirse y luego fotocopiarse en  las oportunas hojas de cartón o cartulina  [Quizá s desee utilizar el menú "opción" para reducir el tamaño al 90% antes de imprimir, ¡pero asegúrese de restituirlo al 100% después de imprimir!]. Este reloj se propone para su uso en una latitud de 38 grados y deberá funcionar adecuadamente en la mayoría de U.S. Continental (pulse aquí al sur del Ecuador). Instrucciones: Corte el papel a lo largo de la línea marcada: una mitad servirá comobase, la otra se usará para construir el nomón.   En la parte del nomón, corte y retire las dos esquinas marcadas.   Doble la hoja por la mitad, de forma que las dos líneas secundarias impresas (dirigidas hacia las esquinas cortadas) permanezcan visibles. La línea del pliegue es el nomón.  Nota: En cartón, se hacen los pliegues rectos marcando primero el cartón dibujando una línea a lo largo del pliegue con un bolígrafo negro guiado por una regla y presionando fuerte.  Con la página doblada por la mitad, corte a lo largo de la líne a curva, cortando las dos mitades a la vez con un corte. El corte comienza cerca del remate del pliegue del nomón y finaliza en la línea secundaria. No corte a lo largo de la línea secundaria. No suelte las piezas.  Marque las otras dos líneas secundarias, luego doble la hoja del nomón a lo largo de ellas. La doblez está opuesta al pliegue del medio. Estas dos dobleces deberán formar un ángulo de 90 grados, de modo que las dos piezas con las esquinas sin cortaren el punto 2 pueden colocarse planas en la mesa, y el nomón triangular se eleve sobre ellas.    En el corte (4), la aleta del nomón fue separada de dos piezas con los trazados curvos. Doble esas piezas de tal forma que, también, estén planas con la mesa. Una sobre la otra y las ranuras que se forman cerca de las líneas secundarias crean un lugar para colocar la aleta.    Ha hecho casi todo. Tome la hoja base y señale el vértice donde todas las líneas horarias se juntan (que es donde debe ir la esquina inferior de la aleta). Corte cuidadosamente la hoja desde este punto a lo largo de su línea media, hasta la pequeña cruz marcada. ¡No corte nada más!.    Deslice la aleta dentro del corte que ha hecho, de tal manera que todas las partes horizontales de la primera hoja estén debajo de la hoja base; solo la aleta está fuera. Su esquina inferior deber&aacu te; estar en el vértice.  El reloj de Sol está listo, pero deberá sujetarlo firme en la hoja base para mantener las dos piezas unidas firmemente. Para una mayor estabilidad y para prevenir que el reloj se caiga deberá sujetar la base con chinchetas o tachuelas a un trozo de tablero de madera o a una pieza de contrachapado. Finalmente, oriente la aleta para que apunte al norte. Puede usar una brújula. Antes de que se usasen relojes de bolsillo, se usaron en Europa relojes de Sol plegables con pequeñas brújulas encajadas en sus bases. Si luce el Sol, la sombra del extremo de la aleta nos dirá la hora.  Si quiere hacer un reloj de materiales más duraderos, dibuje las líneas horarias anteriores al mediodía a los ángulos de la aleta (medidos en grados) dados abajo. Esas líneas son válid as para una latitud de 38 grados. Si su latitud es muy diferente, vea la nota del final.

6 -- 90°	9 -- 31.6°
7 -- 66.5°	10 -- 19.6°
8 -- 46.8°	11 -- 9.4°

Precisión Al reloj de sol deberá restársele una hora en verano, en la época de ahorro energético, cuando se ajustan los relojes. También, la "hora oficial" (o "hora estándar") se diferenciar&a acute; de la medida por el reoj de Sol, ya que aquella se mantiene uniforme a través de las "zonas horarias". Cada zona horaria se diferencia de sus vecinas en una hora (más en China y Alaska). En dichas zonas, el reloj de Sol mide la misma hora que el reloj normal solo en una longitud geográfica: se deberá hacer una corrección, proporcional a la diferencia de longitud de los lugares en donde el reloj de sol es exacto. (Hasta la segunda mitad del siglo XIX, la hora local y la de Sol eran, generalmente, las mismas y cada ciudad mantenía su hora local. Aún sigue siendo así en Arabia Saudita. En los EE.UU. la hora estándar fue introducida por los ferrocarriles para ayudarles a fijar tablas horarias uniformes para toda la nación.) Finalmente, existe una pequeña variación periódica ("ecuación de tiempo") debida al movimiento desigual de la Tierra alrededor del Sol (una elipse, no un círculo), llegando a un máxim o de unos 15 minutos. Nota sobre Latitud Los ángulos indicados arriba son válidos para una latitud de 38 grados. Si su latitud es L, SQRT indica "raíz cuadrada de" y K (=cotg2L) es K = cos2L/ sen2L entonces el ángulo entre la aleta y la línea correspondiente a la hora N+6 (N va de 0 to 6) satisface sen A = cos(15N) / SQRT(1 + Ksen215N) Aquí 15N (=15 veces N) es un ángulo en grados, con un rango de 0 to 90 y, por supuesto, los ángulos de la tarde son imág enes reflejadas de los de la mañana. Si su calculadora tiene un  botón (sen-1), si introduce (sen A) y lo presiona, obtendr&aac ute; el ángulo A. Para una explicación de los senos y los cosenos, mire en la revisión matemática. Y no olvide ajustar el ángulo de su aleta también a L . Estaciones del Año Si el eje de la Tierra fuese perpendicular a la eclíptica, como en el dibujo, la posición del Sol en el cielo estaría en la mitad, entre los polos. Su órbita, vista desde cualquier punto de la Tierra, permanecería exactamente la misma día tras día. En el ecuador (punto C) el Sol se elevaría hasta que estuviera encima de nuestras cabezas, mientras que en los polos (A y B) estaría siempre en el horizonte, yendo alrededor del horizonte una vez al día. Cada punto de la Tierra se movería una vez al día a lo largo de las líneas dibujadas: la parte sin líneas, hasta la línea AB, tendría luz diurna y en la rayada sería de noche o estaría en sombras. Debido a que todo es simétrico con respecto a la línea AB, la parte oscura y la iluminada son siempre iguales y así es el día y la noche en cualquier parte de la Tierra. Realmente, el eje de rotación tiene un ángulo de unos 23. 5 grados con la  perpendicular a la eclíptica. Eso hace la vida bastante más interesante. Equinoccio y Solsticio En detalle (dibujo superior), el ángulo entre el eje de la Tierra y la línea Tierra-Sol cambia a lo largo del año. Dos veces al año, en primavera y en otoño equinoccio (sobre el 21 de Marzo y el 23 de Septiembre--la fecha exacta puede variar un poco) las dos direcciones están perpendiculares.  Dos veces al año, el ángulo es el mayor posible: en los solsticios de verano e invierno, cuando alcanza los 23.5 grados. En el solsticio de verano (alrededor del 21 de Junio) el polo norte está inclinado hacia el Sol, en el solsticio de invierno (alrededor del 21 de Diciembre) mira hacia fuera de el. Veamos primero el solsticio de verano, con el Sol a la izquierda. Verano e Invierno La frontera AB entre la parte soleada y la oscuridad--entre el día y la noche--es siempre perpendicular a la línea Tierra-Sol, como era en el ejemplo indicado en el comienzo. Pero ahora, como cada punto de la Tierra se mueve en su viaje diario alrededor de la Tierra que gira, la parte diurna y nocturna del viaje no son iguales. Al norte del ecuador, el día es más largo que la noche y cuando nos acercamos bastante al polo norte, no hay noche. El Sol, entonces, está siempre sobre el horizonte y hace un circuito de 360 grados alrededor de el. Esa parte de la Tierra disfruta del verano. Una situación semejante existe al sur del ecuador: las noches son más largas que los días y cuanto más nos alejemos del ecuador, mayor es la diferencia--hasta que nos acercamos tanto al polo que nunca sale el Sol. Esa es la famosa noche ártica, con 24 horas de oscuridad cada día. En esta mitad de la Tierra, es el invierno. Medio año después, la Tierra está al otro lado del Sol, o sea, la posición del Sol estará como en el dibujo, a la izquierda. El eje de la Tierra, sin embargo, no se ha movido, sigue apuntando al mismo trozo de cielo, cerca de la estrella Polar. Ahora la parte clara representa la noche y la rayada el día, el polo sur está bañada por la luz solar constantemente y el norte está oscuro. El verano y el invierno han cambiado los hemisferios. Hay una gran diferencia en la duración de los días entre el verano y el invierno: observe que en el ecuador esa duración no cambia y, por tanto, ahí no existe Primavera, Verano, Otoño e Invierno (dependiendo de patrones meteorológicos, sin embargo, puede existir una "estación húmeda" y una "estación seca"). En suma (como deja claro el dibujo), los rayos del Sol chocan con el hemisferio en el que es verano más verticalmente que en el que es invierno y eso ayuda, también, a calentar el suelo. En el equinoccio, la situación es como en el primer dibujo y la noche y el día son iguales (de esto es de donde viene la palabra "equinoccio") Algunos hechos interesantes Si el 21 de Junio es el día en el que recibimos más horas de luz solar, ¿por qué se considera el comienzo del verano y no su cima?. E igualmente, ¿por qué es el 21 de Diciembre, el día de menos horas de luz solar, el comienzo del invierno y no su mitad?. La culpa es de los océanos, los cuales se calientan y enfrían lentamente. Para el 21 de Junio continúan fríos del invierno y esto retrasa la canícula (punta de calor) un mes y medio aproximadamente. Igualmente, en Diciembre el agua continúa templada del verano y los días más fríos serán (como media, ¡no siempre! ) un mes y medio más tarde. Y, ¿sobre nuestra distancia del Sol?.  También varía, porque la órbita de la Tierra alrededor del Sol no es un círculo exacto. Estamos más cerca del Sol --¿se lo creerá?--en el frío invierno, alrededor del 3-5 de Enero. Esto puede tener una implicación interesante en las edades de hielo, como explicaremos más tarde.