UNIDAD 1: ASTRONOMÍA DE POSICIÓN. MOVIMIENTOS DE LA TIERRA

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1 1 UNIDAD 1: ASTRONOMÍA DE POSICIÓN. MOVIMIENTOS DE LA TIERRA ESQUEMA: a) Dónde estamos: localizándonos Importancia de conocer nuestra situación, o la un objeto en el cielo. 1.- Coordenadas: Qué son? Para qué sirven?: Coordenadas cartesianas. Ejemplos Ejercicios 2.- Coordenadas geográficas: LATITUD - LONGITUD Ejemplos Ejercicios 3.- Puntos, líneas y planos notables a.- Eje Polar. Polos b.- Meridianos y Paralelos M. de Greenwich. Ecuador c.- Longitud y Latitud Ejemplos y ejercicios b) Cómo nos movemos Algunos movimientos importantes 1.- El día (rotación terrestre) a.- Sentido del movimiento b.- Duración 1.- Día solar. Día sidéreo 2.- Alargamiento actual del día. Aumento de la distancia Tierra -Luna 3.- Día/noche 2.- El año (traslación terrestre) a.- Eclíptica. Forma y tamaño. Leyes de Kepler Perihelio / Afelio b.- Sentido del movimiento c.- Duración Año sidéreo. Año solar (año trópico) d.- Calendarios Juliano. Gregoriano e.- Estaciones 1.- Inclinación del eje terrestre (Oblicuidad de la eclíptica) 2.- Invierno - verano - equinoccios 3.- Consecuencias de la forma elíptica de la órbita

2 2 4.- Paralelos notables Ecuador, trópicos, círculos polares 5.- Resumen: Posiciones en la eclíptica y estaciones c) Otros movimientos 1.- Precesión a.- Causas y descripción b.- Consecuencias: 1.- Cambio Polo Celeste (Precesión de los equinoccios) 2.- Cambio coordenadas celestes 3.- Cambio constelaciones zodiacales 2.- Nutación Causas y descripción d) Resumen

3 3 DESARROLLO 1.a) Dónde estamos: localizándonos Importancia de conocer nuestra situación, o la un objeto en el cielo. * Para comprender la necesidad de puntos o líneas de referencia para localizar objetos: NECESITAMOS PRECISAR UNA POSICIÓN Imaginemos la situación: Queremos localizar nuestra posición en un mapa de la ciudad: Actividad: Describir la posición del punto rojo: * Esta descripción se facilita si se añade una cuadrícula: Actividad: Describir de nuevo la posición del punto rojo: * Esta descripción se facilita todavía mucho más si se numera la cuadrícula:

4 4 1.a.1.- Coordenadas: Qué son? Para qué sirven?: * En Matemáticas se resuelve el problema dividiendo el plano con DOS LÍNEAS PERPENDICULARES. El resultado es que el espacio se divide en CUATRO partes. Coordenadas cartesianas * Los matemáticos llaman a esto COORDENADAS CARTESIANAS. La línea horizontal se llama: Eje de ABSCISAS La línea vertical se llama: Eje de ORDENADAS El punto de corte: REFERENCIA Cada una de las cuatro partes del plano: CUADRANTE * Ejemplos y ejercicios: 1.a.2.- Coordenadas geográficas: LATITUD - LONGITUD * Cuando se trata de precisar la posición de un punto sobre la Tierra, se recurre a las COORDENADAS GEOGRÁFICAS: Latitud y longitud. Ver ejemplo en la Península Ibérica:

5 5 1.a.3.- Puntos, líneas y planos importantes Eje Polar. Polos Paralelos: Ecuador. Trópicos. Círculos polares Meridianos. M. de Greenwich * Repasemos algunos de los elementos notables de la Tierra: * Para facilitar la localización de un lugar se recurre a una serie de líneas perpendiculares entre sí, llamadas MERIDIANOS y PARALELOS: Meridianos: círculos máximos, pasan por ambos polos terrestres. Se unen en los polos, se separan en el ecuador. Paralelos: círculos paralelos perpendiculares al eje de la Tierra. Mayores cuanto más próximos al ecuador, menores cuanto más próximos a los polos. * La LONGITUD de un punto viene determinada por su Meridiano. Como referencia (MERIDIANO 0) actualmente se toma, por convenio, el que pasa por Greenwich. Hacia el ESTE se consideran valores positivos, hacia el OESTE negativos:

6 6 El Meridiano de Greenwich a su paso por España, longitud 0º; latitud 41º30 41 N: (Autopista AP-2 Zaragoza-Lérida, km 82) * La LATITUD de un punto viene dada por su Paralelo. Como referencia (PARALELO 0) se toma el de mayor tamaño, el Ecuador. Hacia el NORTE se consideran valores positivos, hacia el SUR se consideran negativos: * En resumen: * También:

7 7 * Ejemplos y ejercicios: 1.b) Cómo nos movemos 1.b.1.- El día (ROTACIÓN terrestre) * Desde Eratóstenes (astrónomo griego S. III -II a.c.) sabemos que la Tierra es redonda. Sus experimentos con sombras simultáneas en lugares diferentes le permitieron calcular el Radio terrestre (medio km). * Pero esta Tierra no está en reposo. Tiene numerosos movimientos. Describimos los más importantes, comenzando por la ROTACIÓN alrededor de sí misma. Esto va a originar la iluminación y oscurecimiento de un lugar, lo que llamamos DIA y NOCHE. 1.b.1.a.- Sentido del movimiento Se trata de un movimiento directo (sentido antihorario). Por lo que vemos al sol moverse en sentido horario, de izquierda a derecha. 1.b.1.b.- Duración del movimiento El concepto tiempo es complejo. Para su medida se necesita una referencia y según ésta hay diferentes tipos de días, con su duración propia: 1.b.1.b.1.- Día solar: Tiempo que tarda el Sol en pasar dos veces consecutivas por el meridiano del lugar (culminación): 24h (60 min cada hora; 60 s cada minuto; total s).

8 8 Día sidéreo: Tiempo que tarda una estrella en pasar dos veces por el meridiano del lugar (culminación): 23h 56 min 4 s (algo menor que el solar debido a la traslación de la Tierra). (En el esquema se ve que el día solar es ligeramente mayor que el día sidéreo) 1.b.1.b.2.- Alargamiento actual del día. Aumento de la distancia Tierra -Luna * Alguna precisión: Actualmente el día solar medio ha aumentado ligeramente siendo su duración de ,0025 s. La razón está en el alejamiento ligero de la Luna, que hace que disminuya la velocidad de rotación (Conservación del momento angular). Ello se produce por la llamada Fuerza de marea : Este efecto provoca que la Luna y Tierra se alejen aproximadamente unos 4cm/año ( (corregir enlace) 1.b.1.b.3.- Día/noche * Otra de las consecuencias del giro alrededor de sí misma es la existencia de DIAS y NOCHES

9 9 Llamamos Duración del día : al tiempo trascurrido desde la salida del Sol hasta su puesta. Llamamos Duración de la noche : al tiempo desde la puesta del Sol hasta una nueva salida La duración de ambas partes día + noche se reparte en la 24h del día solar: Este reparto no es constante a lo largo del año, sino que tiene variación estacional (más despacio veremos las causas en el estudio de las estaciones). 1.b.2.- El año (TRASLACIÓN terrestre) * Es éste un segundo tipo de movimiento. La Tierra se desplaza alrededor del Sol siguiendo una línea cerrada (de forma casi circular). Ese camino recibe el nombre de ECLÍPTICA. El nombre de eclíptica proviene del latín ECLIPTĬCA (linĕa), y este del griego ἐκλειπτική (ekleiptiké), relativo a los eclipses (Ya profundizaremos cuando veamos los eclipses de Sol/Luna; ver 2.g).

10 10 * La causa de este movimiento está en la atracción gravitatoria que ejerce el Sol sobre la Tierra. 1.b.2.a.- Eclíptica. Forma y tamaño. Leyes de Kepler * En cuanto a la forma: Desde 1.609, gracias a J. Kepler, sabemos que todos los cuerpos que al atraerse se mueven unos alrededor de los otros siguen ÓRBITAS ELÍPTICAS, con el Sol situado en uno de los focos (1ª Ley de Kepler). (LEYES DE KEPLR: Ver simulación Universidad Nebraska) * En cuanto al tamaño: La trayectoria de la Eclíptica es de 930 millones de km ( km). La Tierra recorre esta trayectoria a una velocidad de unos 30 km/s (Velocidad de un coche en autovía es 120 km/h 0,033 km/s; la Tierra se mueve unas 900 veces más rápida que el coche). Medidas notables de la eclíptica son: Perihelio (distancia más próxima al Sol): A principios de enero, km. Afelio (distancia más distante del Sol): A principios julio, km. Distancia media ~ km (1U.A.) (real: km). 1.b.2.b.- Sentido del movimiento La Tierra recorre la eclíptica siguiendo una elipse que vista desde el espacio sobre el Polo Norte tiene SENTIDO ANTIHORARIO.

11 11 1.b.2.c.- Duración * La duración de la traslación terrestre a lo largo de la Eclíptica se llama AÑO. Pero existen diferentes formas de medirlo: TOMANDO LAS ESTRELLAS COMO REFERENCIA: Año sidéreo: Tiempo que tarda la Tierra en pasar DOS VECES sucesivas por el mismo punto de su órbita: 1 año sidéreo= 365d 6h 9min 1 año sidéreo = 366,2564 días sidéreos 1 año sidéreo = 365, días solares medios (día= s) 1 año sidéreo = 365, días solares medios = 365 d 6 h 9min 10 s TOMANDO COMO REFERENCIA EL SOL: Año solar (año trópico): Genéricamente lo llamamos año : Tiempo para que se repitan las estaciones. 1 año solar (año trópico)= 365, días solares medios 1 año solar (año trópico)= 365 días 5 h 48 min y 46 s * Además de éstos, existen otros años, con otros significados diferentes (a. anomalístico; a. cósmico; a. platónico; a. solar juliano ) 1.b.2.d.- CALENDARIOS * La consecuencia de que el año no tenga exactamente 365 días obliga a añadir días suplementarios que hagan coincidir el calendario legal con el astronómico. EGIPCIOS: Años de 360 días (más tarde lo corrigieron a 365) CALENDARIO JULIANO: Julio César (46 a. C.): 365 días (12 meses de 30 y 31 d + febrero 28 d) además 1 d supl. BISIESTO; finales febrero / 4 años (366 días) (Final febrero, final del año romano que comenzaba en marzo) (Calendas: primer día de cada mes en calendario romano) (El sexto día de las calendas de marzo debía repetirse cada 4 años; era llamado BISSEXTUM, de ahí el nombre de BISIESTO) Duró años

12 12 CALENDARIO GREGORIANO: Papa Gregorio III (1.582) En aquel año, la primavera estaba adelantada al día 11-marzo (10 días antes que el teórico). Esto indicaba que el año era menor de 365,25 días, si no, la primavera habría llegado el 21. REFORMA: 1º) El día siguiente al 4 octubre 1582 pasó a ser: 15 octubre 1582 (al quitar 10 días al año se compensaba lo que se había añadido de más desde la implantación del calendario juliano). 2º) Los años múltiplos de 100 no serán bisiestos, sí lo serán los múltiplos de 400 Ejemplo: NO lo fue, 2000 SÍ lo fue, 2100, 2200 Y 2300 NO lo serán, 2400 SÍ lo será. Es el calendario civil actual. 1.b.2.e.- ESTACIONES 1.b.2.e.1.- Inclinación del eje terrestre * Pero la Tierra se traslada por la Eclíptica con una característica muy importante: Su EJE está INCLINADO un ángulo de 23,5º. ESTA INCLINACIÓN ES LA RESPONSABLE DE LAS ESTACIONES: Esto hace que los rayos no lleguen a la superficie de la Tierra con la misma perpendicularidad, en las diferentes posiciones (diferentes estaciones):

13 13 * Dado que en función de que la radiación llegue perpendicular o inclinada se produce mayor o menor calentamiento, así se tratará de verano o de invierno: En el esquema, en el hemisferio NORTE es INVIERNO, en el hemisferio SUR es VERANO. 1.b.2.e.2.- Invierno - verano - equinoccios * A esta inclinación de 23,5º del Eje terrestre se llama OBLICUIDAD DE LA ECLÍPTICA. Esta inclinación es la responsable de las estaciones y explica la existencia de paralelos notables (trópicos de Cáncer y Capricornio): EN LOS VERANOS es MAYOR la temperatura / el día tiene MÁS HORAS de luz que de oscuridad. EN LOS INVIERNOS es MENOR la temperatura / el día tiene MENOS HORAS de luz que de oscuridad. EN LOS EQUINOCCIOS: hay las MISMAS HORAS de luz que de oscuridad. En el esquema siguiente, ARRIBA, se muestra, para el hemisferio Norte, la mayor perpendicularidad - mayor temperatura, VERANO, o al contrario, INVIERNO. En la parte de ABAJO, se observa en el círculo blanco un mayor sector - más horas de día que de noche, VERANO, pero menor sector -menos horas de día que de noche, INVIERNO: Mayor perpendicularidad Menor perpendicularidad Día más argo Noche más larga Hemisferio Norte: VERANO INVIERNO

14 14 1.b.2.e.3.- Consecuencias de la forma de elipse de la Eclíptica * Hay dos consecuencias de la elipse sobre las estaciones: 1ª: Los veranos son más calurosos en el hemisferio sur (y los inviernos más fríos). El contraste entre verano - invierno es mayor en hemisferio SUR. 2ª: Las estaciones no duran igual: Otoño Invierno Primavera Verano 89 d 20 h 89 d 92 d 18 h 93 d 16 h Gráficamente: 1.b.2.e.4.- Paralelos notables Nombre del Paralelo Latitud Rayos solares perpendiculares en Ecuador 0º Equinoccios Trópico de Cáncer +23,5º 23,5º N Solsticio de verano Trópico de capricornio -23,5º 23,5º S Solsticio de invierno Círculo Polar Ártico Círculo Polar Antártico + 66,5º (66,5ºN) (a 23,5º del Polo N) - 66,5º (66,5ºS) (a 23,5º del Polo S) 6 meses de Sol 6 meses de noche 6 meses de noche 6 meses de Sol b.2.e.5.- Resumen: Posición en la Eclíptica - Estaciones * Lo tratado hasta ahora puede resumirse en el esquema:

15 15 * Actividad QUIZ: Deduce qué estación corresponde a cada punto de la Eclíptica: 1.c) Otros movimientos * Además de los movimientos desarrollados, sin duda los más importantes por su incidencia sobre nuestra vida cotidiana, existen otros movimientos varios de los que vamos a tratar sólo alguno de ellos. 1.c.1.- Precesión 1.c.1.a.- Causas y descripción * La precesión es un movimiento de cabeceo semejante al de una peonza en movimiento cuando su eje de rotación no es vertical: * Este balanceo se produce como giro en sentido inverso al de rotación, movimiento retrógrado (de sentido horario) El resultado final es que el eje de la Tierra describe un doble cono de 47º con vértice en el centro de la Tierra.

16 16 * La causa fundamental de la precesión es la atracción gravitatoria del Sol sobre la Tierra, al estar inclinado su eje y ser la Tierra un elipsoide. La atracción lunar también tiene influencia, de hecho a este movimiento se le llama precesión lunisolar. * La inclinación del eje terrestre que varía entre 23 y 27º (hecho que en parte explica la existencia de las glaciaciones). Esta variación depende (entre otras causas) de movimientos telúricos, así por ejemplo: Febrero 2.010: Terremoto de 8,8 Richter que afectó a Chile; variación de 8 cm del eje terrestre. Año 2004: Maremoto y tsunami sudeste asiático; desplazamiento 17,8 cm del eje terrestre. 1.c.1.b.- Consecuencias: * Diferentes son las consecuencias de la precesión de la Tierra: 1.c.1.b.1.- CAMBIO DEL POLO CELESTE (Precesión de los Equinoccios) * Siendo el Polo Celeste la prolongación del Polo Terrestre, si cambia este, lógicamente cambia aquel. Así que el Polo Celeste describe ese doble cono de 47º en sentido horario. * Si vemos la esfera terrestre inmersa dentro la esfera celeste, podemos visualizar la precesión del eje terrestre y con él el giro del Polo Celeste: (Ver anexo) * Una visión del recorrido del Polo Celeste a lo largo de nuestra Era sería:

17 17 * La duración de este movimiento es de unos años por ciclo (con ligeras variaciones de unos ciclos a otros) Actualmente el Polo Celeste está próximo a la estrella α-um (la más brillante de la Osa Menor, a casi 1º del Polo. La llamamos simplemente Estrella Polar). * Por qué llamar a esto precesión de los equinoccios? Con el cambio del Polo también cambia la línea de los equinoccios, perpendicular ésta al eje polar celeste. Por tanto, si se habla de precesión del Eje Polar, también puede hacerse, como es frecuente, de la Precesión de los equinoccios. (En rojo, PUNTO ARIES, corte del Ecuador celeste y la Eclíptica) * Las constelaciones que se veían en una fecha muy anterior ya no se ven en esa fecha, sino en otro momento. Esto es particularmente interesante en el caso de las Constelaciones Zodiacales:

18 18 1.c.1.b.2.- Cambio de las coordenadas celestes * Como la posición de las estrellas viene determinada por sus coordenadas celestes (se verán más tarde), el cambio de posición del Polo modifica la posición aparente de las estrellas, sus coordenadas celestes, ascensión recta (AR) y declinación (d) (que se verán más adelante). La posición exacta de las estrellas debe ser determinada permanentemente. * Actualmente los valores que aparecen en las Tablas corresponden a los del año c.1.b.3.- Cambio de las constelaciones zodiacales * Como la precesión es de unos años, cada constelación se desplaza, aproximadamente, 1/12 de esa cantidad, es decir unos años. En la antigüedad el equinoccio vernal se ubicaba en el signo de Aries, en la actualidad se ubica en Piscis ya muy cerca de Acuario. * La lenta (apenas 50 por año) Precesión del Equinoccio de Primavera (Punto vernal o Punto Aries) es: * El resultado final es que, por ejemplo: Ahora en invierno se ven las constelaciones de Tauro y Géminis (porque el Sol se encuentra -su proyección- en Escorpio y Sagitario). Dentro de unos años lo que se verá en invierno será Escorpio y Sagitario (porque el Sol estará en Tauro y Géminis. 1.c.2.- Nutación * Este último movimiento que vamos a ver consiste en un pequeño vaivén del eje de la Tierra en su precesión:

19 19 Ese vaivén hace pequeños bucles que se van repitiendo cada 18,6 años, de modo que en una vuelta completa de precesión la Tierra realiza más de bucles. * La causa principal de la nutación está en la atracción gravitatoria ejercida por la Luna sobre el achatamiento ecuatorial terrestre. 1.d) Resumen * Los tres movimientos más interesantes vistos se pueden resumir en el siguiente esquema:

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