LA ESFERA CELESTE
1.1 Movimiento diurno de la esfera celeste
La esfera celeste es una esfera imaginaria de radio arbitrario y centro en el observador, sobre la cual se proyectan las estrellas para estudiar sus posiciones relativas.
Movimiento diurno es el movimiento aparente de rotación de la esfera celeste, de levante a poniente, debido al movimiento real de rotación de la Tierra de poniente a levante. De él, por tanto, participan todos los cuerpos celestes.
Eje del mundo es el diámetro alrededor del cual parece girar la esfera celeste. Su localización varia con el tiempo.
Polos celestes son los puntos de intersección del eje del mundo con la esfera celeste. Son, por tanto, los únicos puntos del cielo que no participan del movimiento diurno. De éstos el que vemos desde Barcelona (por hallarse sobre nuestro horizonte) es el polo norte, P, y el diametralmente opuesto es el polo sur, P' (Fig.1.1).
Vertical de un lugar es el diámetro de la esfera celeste dado por la dirección de la plomada. Su punto de intersección con la esfera celeste situado en el hemisferio visible para el observador se denomina cenit. El situado en el hemisferio invisible se denomina nadir (Z y Z' en Fig. 1.1).
Horizonte astronómico o verdadero es el plano diametral ortogonal a la vertical. La intersección de dicho plano con la esfera celeste es un círculo máximo denominado también horizonte. EL horizonte astronómico divide a la esfera celeste en dos hemisferios, situados por encima y por debajo del mismo, que se denominan visible e invisible respectivamente (Fig. 1.1)
FIG 1.1
Horizonte sensible o aparente es el círculo menor que se obtiene al situarnos a una cierta altitud sobre el nivel del mar y trazar un cono con vértice en el observador y generatrices tangentes a la superficie de la Tierra. El ángulo formado por una generatriz del cono y el horizonte verdadero se denomina depresión del horizonte. Si llamamos 
a dicho ángulo, 
al radio medio de la Tierra y 
a la altitud sobre el nivel del mar, se verifica (Fig. 2.1):
a dicho ángulo, al radio medio de la Tierra y a la altitud sobre el nivel del mar, se verifica (Fig. 2.1):
y como 
tenemos 
de donde: 
FIG 2.1
Ecuador celeste es el plano diametral ortogonal al eje del mundo o, también, el círculo máximo determinado por la intersección de dicho plano con la esfera celeste (Fig.1.1).
Plano meridiano es el plano diametral determinado por el eje del mundo y la vertical. Su intersección con la esfera celeste es el meridiano del lugar (Fig.1.1).
Meridiana es el diámetro determinado por la intersección del plano meridiano con el horizonte verdadero. Sus intersecciones con la esfera celeste constituyen los puntos cardinales norte y sur (N y S en la Fig.1.1).
Latitud del lugar es el ángulo formado por la meridiana y el eje del mundo (f en la Fig.1.1). Su complementario (90°‑ f) se denomina colatitud.
Perpendicular es el diámetro determinado por la intersección del ecuador celeste con el horizonte verdadero. Sus intersecciones con la esfera celeste constituyen los puntos cardinales este y oeste (E y W en la Fig.1.1).
Primer vertical es el plano diametral determinado por la vertical y la perpendicular. También se denomina así el círculo máximo determinado por la intersección de dicho plano con la esfera celeste.
Línea del medio cielo es el diámetro determinado por la intersección del ecuador celeste con el plano meridiano. Su punto de intersección con la esfera celeste situado en el hemisferio visible se denomina medio cielo (Q en la Fig.1.1)
Verticales son los planos que pasan por la vertical. Los círculos máximos intersección de dichos planos con la esfera celeste reciben también el nombre de verticales. Son verticales tanto el plano meridiano como el primer vertical.
Almucantarates son los círculos menores de la esfera celeste paralelos al horizonte.
Planos horarios son los planos diametrales que pasan por el eje del mundo. Los círculos máximos determinados por su intersección con la esfera celeste se denominan círculos horarios.
Paralelos celestes son los círculos menores de la esfera celeste paralelos al ecuador.
La esfera celeste o bóveda celeste es una esfera ideal, sin radio definido, concéntrica con el globo terrestre, en la cual aparentemente se mueven los astros. Permite representar las direcciones en que se hallan los objetos celestes; así es como el ángulo formado por dos direcciones será representado por un arco de círculo mayor sobre esa esfera.
Teóricamente se considera que el de la Tierra es el Eje del mundo (el de rotación de la esfera celeste), y que el ojo del observador es coincidente con el centro de la Tierra. Es un modelo que constituye uno de los conceptos fundamentales de la astronomía, especialmente para poder representar las observaciones celestes.
La observación celeste
La esfera celeste es una construcción mental que creamos cuando miramos al cielo. Esta surge por la información que recibe de nuestros ojos. El tamaño y la separación de los ojos nos permite percibir el volumen de los objetos, pero sólo hasta cierta distancia (visión estereoscópica). Posterior a esa, todos los objetos que se perciban darán la impresión de encontrarse situados a la misma distancia, puesto que serán proyectados mentalmente sobre un mismo plano
Cuando utilizamos el sentido común, se modifica esa percepción. Si miramos al cielo y observamos objetos que se encuentran muy lejos de nosotros, el cerebro actúa de la misma manera: los proyecta sobre un mismo plano. Al desplazar la vista en todas direcciones, percibimos el cielo cómo si fuese una inmensa cúpula limitada por el horizonte, con nosotros situados en el centro. Tal percepción, fue lo que impulsó a los antiguos filósofos a considerar que la Tierra era el centro del Universo.
Movimiento celeste
El movimiento de la esfera celeste es aparente y está determinado por el movimiento de rotación de nuestro planeta sobre su propio eje. La rotación de la Tierra, en dirección Oeste–Este, produce el movimiento aparente de la esfera celeste, en sentido Este–Oeste. Este movimiento lo podemos percibir de día, por el desplazamiento del Sol en el cielo, y en las noches, por el desplazamiento de las estrellas. Ambos se realizan en sentido Este–Oeste. La velocidad con que gira la esfera celeste es de 15º/hora, por lo que cada 24 horas completa un giro de 360º.3
Situación geográfica
Los astrónomos fundan sus mediciones en la existencia, en esa esfera, de puntos, círculos y planos convencionales: el plano del horizonte y el del ecuador celeste; el polo y el cenit; el meridiano, que sirve de origen para la medición del acimut. Resulta fácil hallar un astro o situarlo respecto a esos planos fundamentales. Cuando el horizonte del espectador es oblicuo con respecto al ecuador, la esfera celeste es calificada de oblicua. Para un observador situado en uno de los dos polos, la esfera es paralela, ya que su horizonte conserva paralelismo con el ecuador. Por último, la esfera es recta para el observador situado en la línea equinoccial, porque allí el horizonte corta perpendicularmente el ecuador. La esfera celeste es un concepto, no un objeto; es la superficie virtual sobre la que vemos proyectados a los astros como si todos estuvieran a igual distancia de la Tierra.4
Elementos principales
- Dirección de la vertical se refiere a la dirección que marcaría una plomada. Si se observa hacia abajo, se dirigiría hacia el centro de la Tierra. Observando hacia arriba se encuentra el cenit.
- Cenit astronómico es el punto de la esfera celeste situado exactamente encima de nosotros, intersección de la vertical ascendiente con la esfera celeste.
- Nadir, es el punto de la esfera celeste diamentralmente opuesto al cenit
- La distancia cenital (generalmente representada por la letra z) es la distancia angular desde el cenit hasta un objeto celeste, medida sobre un círculo máximo (un círculo máximo es el resultado de la intersección de una esfera con un plano que pasa por su centro y la divide en dos hemisferios idénticos, en la figura, la distancia cenital es el arco entre el cenit y el astro “A”).
- Horizonte astronómico, horizonte celeste o verdadero de un lugar es el plano perpendicular a la dirección de la vertical, plano circular o círculo máximo perpendicular a la vertical del lugar que pasa por el centro de la esfera celeste. En relación con la esfera celeste, decimos que es un plano diametral, ya que el horizonte es un diámetro de la esfera, y la divide en dos hemisferios: uno visible y otro invisible.
- Polo celeste es la intersección de la esfera celeste con la prolongación del eje de rotación terrestre (también llamado eje del mundo) hasta el infinito.
- Eje del mundo es el eje en torno al cual giraría la esfera celeste.
- Ecuador celeste es la proyección del ecuador terrestre sobre la esfera celeste, plano o círculo máximo perpendicular al eje del mundo que pasa por el centro de la esfera celeste. Se define un meridiano y unos paralelos celestes, de forma análoga a los terrestres:
- Meridiano celeste es el círculo máximo que pasa a través de los polos celestes y el cenit de un lugar.
- Paralelos celestes son los círculos menores de la esfera celeste paralelos al ecuador. Son similares a los paralelos terrestres. Los círculos menores resultan de la intersección de la esfera celeste con planos perpendiculares al eje de rotación.
- Círculo horario es un círculo máximo graduado de la esfera celeste situado en el ecuador celeste.
- Recta este - oeste es la recta intersección del horizonte celeste con el ecuador celeste.
- Polo norte celeste intersección del eje del mundo ascendiente con la esfera celeste.
- Polo sur celeste intersección de eje del mundo descendiente con la esfera celeste.
Sistemas de Coordenadas: Horizontales, Horarias y Urográficas Ecuatoriales
En la Tierra tenemos el sistema de coordenadas terrestres basado en dos círculos máximos, uno el Meridiano de Greenwich, que pasa por dicho lugar y los polos terráqueos y otro perpendicular al anterior.
A partir de ambos se determinan la Longitud o arco de circunferencia en el ecuador comprendido entre el meridiano del lugar y el de Greenwich y la latitud o arco de circunferencia en cualquier meridiano entre el paralelo que pasa por el lugar y el ecuador.
En el cielo se imagina una esfera de centro la Tierra y grandes dimensiones, en la que seproyectan los astros y los puntos de la Tierra.
Hay tres principales sistemas de coordenadas celestes.
Coordenadas Horizontales. Toman como punto de referencia la situación del observador.
Se define un eje formado por la recta imaginaria que pasa por el mismo y el centro de laTierra. Sus puntos de corte se denominan Cenit y Nadir.
El principal círculo de referencia es el Horizonte racional, geocéntrico o verdadero delObservador, que es el círculo máximo perpendicular a la línea Cenit-Nadir.
Hay varios horizontes : el visible o de la mar que es el lugar donde se encuentran el firmamento y la mar o la tierra. Es el que se utiliza para la toma de la altura de los astros pues es el que puede valorar el observador.
Es una superficie cónica de vértice los ojos del observador y tangente a la superficie del mar.
Geoidal es el que forma un plano tangente a la Tierra situado a los pies del observador.
Sensible o aparente es el que forma un plano paralelo al anterior que pasa por los ojos del observador .
Se le llama aparente porque realmente no está donde parece, puesto que se ve afectado por la elevación del observador, la refracción de la atmósfera.
Horizonte geométrico es el cono con vértice en los ojos del observador y generatriztangente a la Tierra.
Coincide con el visible.
El punto de intersección del Meridiano del lugar con el horizonte es el Punto CardinalNorte o el Sur y la línea que los une es la línea meridiana del horizonte.
La intersección del horizonte racional o verdadero con el Ecuador determina los puntos cardinales Este y Oeste.
Coordenadas Horarias:
Toman como referencia los Polos y la recta que pasa por los mismos y se proyecta en los Polos Celestes, llamada eje de los mundos.
El principal círculo de referencia es el Ecuador Celeste, que es la proyección del Ecuadorterrestre sobre la esfera celeste.
Polo elevado es el que está en el mismo hemisferio que el observador y polo depreso elpolo opuesto.
Semicírculos horarios son los semicírculos que van de polo a polo y equivaldrían a losmeridianos en la Tierra.
Meridiano del lugar es el semicírculo que va de polo a polo pasando por el observador.
Meridiano superior es el que contiene el cenit e inferior es el que contiene el nadir.
Paralelo de declinación es el paralelo u órbita que aparentemente recorre el astro.
Equivale a lo que en la Tierra sería el paralelo de latitud.
Declinación es la distancia angular medida desde el Ecuador Celeste hasta el centro delastro. Norte es + y Sur es -
Distancia polar o codeclinación es la distancia angular medida desde el astro hasta el PoloCeleste.
Es el complemento a 90º de la declinación.
Angulo o arco de horario. Es el ángulo en el Polo formado por los semicírculos que pasanpor el astro y el punto de referencia que tomemos, ya sea el observador, Greenwich o elpunto de Aries.
Medido desde Greenwich ensentido Este es negativo y positivo en sentido Oeste.
Coordenadas Uranográficas Ecuatoriales:
Parten del mismo eje que la anterior, pero tienen su punto de origen de coordenadas en elpunto vernal de Aries, lugar donde corta la eclíptica del sol con el ecuador en el equinoccio de primavera, 21 de Marzo.
Dado que no depende del observador permite un sistema de coordenadas absolutas de los astros.
Uranográficas eclípticas:
No son de uso náutico. Tienen como círculo fundamental el plano de la eclíptica y se miden en longitud y latitud.
Uranográficas galácticas
Tampoco son de interés para la navegación.
Relación entre las coordenadas que se miden en el ecuador:
Horario local del Astro = Horario en Greenwich - Longitud W del observador
Horario de la estrella – Horario de Aries = Ángulo Sidéreo (no depende de Longitud)
Horario local del Astro = Horario local de Aries + Ángulo Sidéreo
Paso de los astros por el Meridiano Superior e Inferior del lugar:
Observación de cara al Polo elevado
Si la declinación es mayor a la latitud se observa el astro de cara al polo elevado.
d > l
El Astro puede estar tanto en el meridiano superior como en el inferior.
Superior
Latitud y declinación del mismo nombre
Declinación menor que distancia cenital
d < 90 - a
Tiene en ese momento su máxima altura o altura meridiana, alcanzando su culminación superior.
Los astros no circumpolares tendrán su mínima altura en los momentos del orto y del ocaso.
Inferior
Latitud y declinación del mismo nombre
Declinación mayor que distancia cenital
( d> 90-a)
Sólo se podrán apreciar los astros circumpolares. Tienen en dicho momento la mínima altura posible.
Observación de cara al Polo depreso – Siempre Superior:
El Astro sólo puede estar en el meridiano Superior, pues si no sería circumpolar y no se vería.
Azimut del Astro:
Desde el Orto hasta el paso por el Meridiano Superior del lugar los astros tienen azimut oriental (Este) y desde el paso por el MSL hasta el ocaso lo tienen occidental (Oeste).
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