ASTRONOMÍA DE POSICIÓN 1) DATOS GENERALES: Titulación: Ingeniero técnico en topografía Curso: Segundo Semestre: Segundo Asignatura: ASTRONOMÍA DE POSICIÓN Tipo (Troncal, Obligatoria, Optativa):Troncal Número de créditos: 6 2) OBJETIVOS: - Una vez superada la asignatura el alumno deberá conocer los diferentes sistemas y marcos de referencia terrestres, celestes y temporales. - El Ingeniero Técnico en Topografía deberá saber determinar la dirección del norte geográfico mediante la observación de astros de la esfera celeste, a cualquier hora del día, (la dirección de la meridiana debe materializarse bien en los planos de cualquier levantamiento topográfico o poderse replantar en el campo respecto a una referencia fija). - Calcular el acimut a una referencia mediante observaciones a la Polar, Sol, Máximas Digresiones o cualquier estrella en cualquier posición. - Acumular conceptos teóricos y prácticos para un mejor entendimiento de otras asignaturas relativas a la disciplina topográfica: Geodesia, Geofísica, Posicionamiento, etc. - Que el alumno adquiera la visión espacial que este tipo de cuestiones requiere. 1
3) PROGRAMA DETALLADO DE TEORÍA: TEMA 1: Introducción 1.1 Definición y objeto de la Astronomía 1.2 Subdivisión de la Astronomía: Astronomía de posición, Mecánica celeste y Astrofísica 1.3 Relación de la Astronomía con la Topografía, vínculo con la Geodesia TEMA 2: Sistema y marco de referencia terrestre. Sistemas de coordenadas 2.1 Introducción 2.2 Sistema de referencia Geocéntrico Terrestre Convencional 2.2.1 Definición del sistema 2.2.2 Sistemas de Coordenadas 2.2.2.1 Sistema de Coordenadas Cartesianas y Esféricas 2.2.2.2 Sistema de Coordenadas Geográficas 2.2.2.3 Sistema de Coordenadas Geodésicas y Geocéntricas. Sistema de referencia Geodésico. 2.2.2.4 Sistema de Coordenadas Astronómicas. Sistema de referencia Gravífico. 2.2.3 Movimiento del Polo. Coordenadas Instantáneas y Absolutas 2.2.4 Sistemas de referencia Geodésicos 2.2.4.1 Sistemas de referencia Geodésicos Globales. GRS80 y WGS84. 2.2.4.2 Sistemas de referencia Locales. ED50. 2.2.5 Marco de Referencia Terrestre Internacional (ITRF) 2.2.5.1 Marco de Referencia WGS84 2.2.5.2 Marco de Referencia IGS 2.2.5.3 Marco de Referencia Terrestre Europeo (ETRF) TEMA 3: Sistemas de referencia celestes 3.1 Introducción. La esfera celeste 3.2 Puntos y planos de referencia: Polos celestes, ecuador celeste, círculos horarios, paralelos de declinación, cénit, nadir, horizonte verdadero, círculos verticales, almincantarat, meridiano del lugar, meridiana, primer vertical, perigeo y apogeo, afelio y perihelio, línea de las ápsides, eclíptica, meridianos y paralelos eclípticos, línea de los equinoccios y de los solsticios, puntos áries, libra, cancer y capricornio, coluro de los solsticios y de los equinoccios 3.3 Sistemas de referencia y coordenadas de referencia celestes 3.3.1 Coordenadas Horizontales: Planos de referencia y punto fundamental, altura y acimut, interpretación gráfica, sentidos de medición 3.3.2 Coordenadas Ecuatoriales Horarias: Planos de referencia y punto fundamental, declinación y ángulo horario, interpretación gráfica, sentidos de medición 3.3.3 Coordenadas Ecuatoriales Absolutas: Planos de referencia y punto fundamental, declinación y ascensión recta, interpretación gráfica, sentidos de medición 2
3.3.4 Coordenadas Eclípticas: Planos de referencia y punto fundamental, latitud y longitud eclípticas, interpretación gráfica, sentidos de medición 3.4 Relaciones entre los distintos sistemas de coordenadas 3.4.1 Dependencia entre la altitud del polo celeste y la latitud del lugar de observación astronómica: consecuencias e interpretación gráfica 3.4.2 Ventajas e inconvenientes del sistema de coordenadas horizontal 3.4.3 Ventajas e inconvenientes del sistema ecuatorial horario 3.4.4 Ventajas del sistema de coordenadas ecuatorial absoluto. Constancia de sus coordenadas 3.4.5 Utilización del sistema de coordenadas eclípticas 3.5 Sistema de referencia celeste internacional (ICRS) 3.5.1 Precesión y nutación. Posiciones verdaderas y medias de los astros 3.5.2 Marco de referencia celeste internacional (ICRF) 3.6 Sistemas de referencia Inerciales 3.7 Cambios de coordenadas entre los sistemas de referencia 3.7.1 Cambios de coordenadas horizontales y ecuatoriales horarias: formulación, acotación e interpretación gráfica 3.7.2 Cambios de coordenadas ecuatoriales horarias y ecuatoriales absolutas: formulación, acotación e interpretación gráfica 3.7.3 Cambios de coordenadas ecuatoriales absolutas y eclípticas: formulación, acotación e interpretación gráfica 3.7.4 Ultimas consideraciones sobre los cambios de coordenadas. Triángulo paraláctico TEMA 4: Sistemas de referencia temporales 4.1 Introducción 4.2 Una aproximación a los principios de la medición del tiempo. Época, intervalo, tiempo transcurrido, tiempos atómicos 4.3 Orbitación de la tierra alrededor del Sol. Leyes de Kepler 4.4 Distintos tipos de días y horas 4.4.1 Día sidereo. Día sidereo uniforme 4.4.2 Día solar verdadero. Día solar ficticio. Día solar medio. Ecuación de tiempo 4.4.2.1 Distintos tipos de días solares 4.4.2.2 Ecuación de tiempo: ecuación de centro y reducción al ecuador 4.4.3 Hora civil, legal y oficial. TU. TU0. TU1. TU2 4.4.4 Línea de cambio de fecha 4.5 Relación entre el tiempo solar medio y el tiempo sidereo. Distintos tipos de año 4.5.1 Tipos de años utilizados en Astronomía de posición: Año sidereo, año trópico y año anomalístico 4.5.2 Relación entre el tiempo medio y el sidereo. Aceleración de las fijas 4.6 Transformación de escalas de tiempo 4.6.1 Transformación de una misma clase de tiempo entre dos lugares 4.6.2 Paso de hora media a civil 4.6.3 Paso de hora legal/oficial a civil 4.6.4 Paso de hora civil a siderea 4.6.5 Paso de hora civil a verdadera 4.7 El calendario 3
4.8 Tiempo y días julianos 4.9 Determinación de ciertos intervalos de tiempo de interés en Astronomía 4.9.1 Duración del día y de la noche, tiempo de insolación 4.9.2 Crepúsculo. Noches blancas 4.9.3 Duración de las estaciones 4.10 Medidas de Tiempo actuales 4.10.1 Tiempo de Efemérides (TE) 4.10.2 Tiempo atómico (TA) y tiempo atómico internacional (TAI) 4.10.3 Tiempo Universal Coordinado (TUC) 4.10.4 Escalas de tiempo dinámico (TDB y TT) 4.10.5 Tiempo GPS 4.10.6 Emisores de señales de tiempo. TEMA 5: Movimiento diurno 5.1 Introducción 5.2 Posiciones correspondientes: Concepto, interpretación gráfica, formulación y consecuencias 5.3 Salida y puesta de los astros: Orto y Ocaso: Concepto, interpretación gráfica, formulación y aplicación 5.4 Culminación de un Astro: Concepto, interpretación gráfica, formulación y aplicación 5.5 Máximas digresiones: Concepto, interpretación gráfica, formulación y aplicación 5.6 Primer vertical: Concepto, interpretación gráfica, formulación y aplicación 5.7 Variación de las coordenadas de los astros durante el movimiento diurno TEMA 6: Variaciones de las coordenadas 6.1 Introducción. Causas de las variaciones 6.2 Variaciones provocadas por el movimiento de los sistemas de referencia 6.2.1 Precesión: Concepto, formulación, interpretación, consecuencias y aplicación 6.2.2 Nutación: Concepto, formulación, interpretación, consecuencias y aplicación 6.2.3 Movimiento del polo: Concepto, formulación, interpretación, consecuencias y aplicación 6.2.4 Transformación de Coordenadas Astronómicas a Geodésicas 6.2.4.1 Reducción al Geoide 6.2.4.2 Reducción al elipsoide. Ecuación de Laplace 6.2.4.3 Reducción de ángulos horizontales y verticales 6.2.5 Paso del sistema ICRF al ITRF 6.3 Variaciones provocadas por el espacio físico 6.3.1 Refracción: Concepto, formulación, interpretación, consecuencias y aplicación 6.3.2 Aberración: Aberración anua y diurna, conceptos, elipses de aberración, interpretación, consecuencias y aplicación 6.3.3 Paralaje: Paralaje anua y diurna, conceptos, elipses de paralaje, interpretación, consecuencias y aplicación 6.4 Movimiento propio de las estrellas: Concepto, formulación, interpretación, consecuencias y aplicación 4
6.5 Reducción de posiciones de estrellas 6.6 Variaciones instrumentales. Error de colimación y error de eclímetro TEMA 7: Orientaciones 7.1 Orientación a la estrella polar 7.2 Orientación al Sol 7.3 Orientación a estrellas en máxima digresión 7.4 Orientación a estrellas conocidas en cualquier momento 4) PROGRAMA DETALLADO DE PRÁCTICAS: TEMA 1: Introducción a conceptos y definiciones 1.1 Esfera Celeste. Medidas angulares 1.2 Eje de Rotación. Polos del eje de rotación. Polo Norte y Polo Sur 1.3 Plano del Ecuador. Ecuador celeste. Paralelos celestes 1.4 Planos Meridianos. Vertical del lugar. Cenit.Nadir 1.5 Plano del horizonte 1.6 Meridiano de lugar. Propiedades. Meridina o línea norte-sur. Primer Vertical 1.7 Coordenadas geográficas. Latitud y Longitud (Astronómica, geodésica y geocéntricas) 1.8 El sistema Solar. Planos orbitales. Leyes de Kepler. Plano de la Eclíptica. Oblicuidad de la Eclíptica. Línea de Equinoccios. Puntos Aries y Libra. Línea de Solsticios TEMA 2: Sistemas de referencia en el espacio. 2.1 Coordenadas Horizontales. Plano y punto fundamental. Acimut. Altura. Ventajas e inconvenientes 2.2 Coordenadas ecuatoriales horarias. Plano y punto fundamental. Angulo horario. Declinación. Relación con las coordenadas horizontales. Ventajas e inconvenientes 2.3 Coordenadas ecuatoriales absolutas. Plano y punto fundamental. Ascensión recta. Declinación. Hora Sidérea. Relación con las coordenadas horizontales. Ventajas e inconvenientes 2.4 Coordenadas Eclípticas. Plano y punto fundamental. Longitud y Latitud eclíptica. Relación con las ecuatoriales absolutas 2.5 Problemas de cambio de coordenadas. (se realizarán después de la resolución de las prácticas de ORIENTACIONES) 2.5.1 Paso de Coordenadas Horizontales a Ecuatoriales Horarias y viceversa 2.5.2 Paso de Coordenadas Horizontales a Ecuatoriales Absolutas y viceversa 2.5.3 Paso de Coordenadas Ecuatoriales Absolutas a Eclipticas y viceversa 2.5.4 Resolución de 8 ejercicios por grupo. TEMA 3: Sistemas de referencia temporales 3.1 Sol verdadero. Sol ficticio. Sol medio. Tiempo solar verdadero y tiempo solar medio. Tiempo civil. Tiempo Universal 5
3.2 Tiempo legal. Tiempo Oficial. Tiempo atómico. TUC 3.3 Tiempo Sidéreo. Hora sidérea. Hora sidérea a 0h de Tiempo Universal 3.4 Relación entre tiempo sidéreo y tiempo medio 3.5 Relación entre tiempo verdadero y tiempo medio 3.6 Problemas de paso de una clase de tiempo a otra entre diferentes lugares: 3.6.1 De tiempo medio a civil y viceversa 3.6.2 De Tiempo medio a legal y viceversa 3.6.3 De Tiempo medio a oficial y viceversa 3.6.4 De Tiempo medio a sidéreo y viceversa (el más importante) 3.6.5 De Tiempo medio a verdadero y viceversa 3.6.6 Resolución de 10 ejercicios por grupo. TEMA 4: ORIENTACIONES 4.1 Determinación del acimut a una referencia mediante observaciones a la estrella polar 4.1.1 Teoría y formulación 4.1.2 Toma de datos en campo 4.1.3 Resolución en gabinete 4.1.4 Trabajos finales en campo 4.1.5 Resolución de 2 prácticas por grupo. 4.2 Determinación del acimut a una referencia mediante observaciones al Sol 4.2.1 Teoría y formulación 4.2.1.1 Intervalos óptimos para la observación al Sol 4.2.1.2 Corrección de semidiámetro en lecturas horizontales 4.2.2 Toma de datos en campo 4.2.3 Trabajos en gabinete 4.2.4 Trabajos finales en campo 4.2.5 Resolución de 2 prácticas por grupo 4.3 Determinación del acimut a una referencia mediante observaciones a estrellas en máxima digresión 4.3.1 Teoría y formulación 4.3.2 Trabajos en gabinete 4.3.2.1 Corrección de precesión 4.3.3 Trabajos en campo 4.3.4 Resolución de 1 práctica por grupo 4.4 Determinación del acimut a una referencia mediante observaciones a cualquier estrella conocida 4.4.1 Teoría y formulación 4.4.2 Toma de datos en campo 4.4.3 Trabajos en gabinete 4.4.4 Trabajos finales en campo 4.5 Determinación del acimut a una referencia mediante observaciones a estrellas conocidas a su paso por el meridiano superior de lugar 4.5.1 Teoría y formulación 4.5.2 Trabajos en gabinete 4.5.3 Trabajos en campo 4.6 Resolución de problemas mixtos de orientaciones, cambio de coordenadas y tiempo 4.6.1 Resolución de 1 problema por grupo para aprobar el curso 6
TEMA 5: Movimiento Diurno 5.1 Máxima digresión 5.2 Orto y Ocaso 5.3 Primer vertical 5.4 Resolución de 3 ejercicios por grupo TEMA 6: Las estrellas 6.1 Constelaciones 6.2 La estrella Polar 6.3 El Sol 6.4 Las estrellas. Nacimiento y evolución 6.5 Trabajo de grupo TEMA 7: Telescopios 5) TRABAJOS/SEMINARIO: Se anima a los alumnos a la recopilación de artículos relacionados con la Astronomía que puedan encontrar a lo largo del cuatrimestre en periódicos, revistas, internet etc. Se anima, también, a la elaboración de alguno o varios trabajos (dos o tres páginas) sobre alguno de los temas monográficos que más abajo se indican. Cada uno de los trabajos se entregará al profesor de teoría y, tras una reunión con todos los alumnos participantes en la iniciativa, donde se ordenará toda la información, se dedicará una sesión (una o dos horas de clase) para la exposición, por parte del profesor, de la misma. Los temas monográficos a elegir de forma voluntaria son: 1. Los Cuásar 2. Sistemas PRARE y DORIS de determinación precisa de la órbita de un satélite 3. Catálogos Estelares 4. Obtención de las leyes de Kepler 5. Diferentes tipos de calendarios utilizados en el mundo 6. Los Púlsar Trabajos de este tipo se pueden ofertar también en las clases de prácticas. 7
6) BIBLIOGRAFÍA: - F. Martín Asín (1990): Astronomía. Ed Paraninfo. - IGN (2003): Anuario del observatorio Astronómico 2003 - Angel Martín y Fernando Cruz (2004): Astronomía de Posición: Sistemas de referencia y movimiento diurno. Servicio de publicaciones de la UPV, ref. 624 7) MÉTODO DE EVALUACIÓN: Como norma general lo que se apruebe durante el curso académico se guardará durante ese mismo curso. Se puede renunciar a la nota de los parciales informado a los profesores responsables de la asignatura con antelación antes del examen final. Teoría La teoría representa el 50% de la nota final del alumno, para que la nota de teoría sea considerada para hacer media con la de prácticas, esta debe ser, como mínimo, de un 5 sobre 10. Una vez expuesto el tema 3 se realizará un examen parcial voluntario sobre los temas 1, 2 y 3. Este examen es eliminatorio de la materia si se aprueba. El porcentaje sobre la nota total de teoría de este examen es del 35% Así existirán dos versiones del examen final de Julio: una para los que hayan aprobado el parcial (no existirán preguntas sobre los temas 1, 2 y 3) y otro para los que lo hayan suspendido o no se hayan presentado (preguntas sobre todos los temas). Aquel alumno que saque, al menos, un 4.5 en el examen parcial se le hará media con el final de Junio. El porcentaje sobre el total de la nota de teoría del final es del 35% para los que superaron el parcial y del 70% para los que no. En el examen final se introducirán cuestiones teóricas sobre el tema 7: orientaciones. El porcentaje sobre el total de la nota de teoría de las cuestiones teóricas de este tema es del 30%. A alumnos que se presenten al examen les corre una convocatoria del mismo. Prácticas Las prácticas representarán el 50% de la nota final de cada alumno, siendo obligatoria la realización de todas las prácticas propuestas durante el curso. Las prácticas durante el curso serán de orientaciones (POLAR, SOL, MAXIMAS DIGRESIONES, OTRAS), cambio de coordenadas, problemas de tiempo y mixtos. Habrá prácticas de campo y de gabinete. Las prácticas de campo y de gabinete se harán por grupos de 6-7 alumnos. 8
A partir del curso académico 2009/2010 las notas de prácticas se guardan para otros años. Los datos necesarios para la resolución de las prácticas se referirán al anuario del año 2003. Las prácticas podrán aprobarse a) por curso o b) el examen final. a) Superación de las prácticas por curso: El aprobar las prácticas por curso será decisión voluntaria del alumno. Las prácticas por curso se aprobarán si se cumplen cada uno de los siguientes requisitos: - El alumno que realice 27 prácticas en grupo y una individual. - Que el grupo al que pertenezca el alumno entregue y explique todas las prácticas propuestas en el curso. - Tener una nota media de todas las prácticas igual o superior a 5 sobre 10. Tener las prácticas aprobadas por curso significa que el alumno únicamente debe realizar la parte de teoría del examen final. El tema 7 de teoría: ORIENTACIONES, se explicará en clase de prácticas. Este tema se puede aprobar realizando, y aprobando, dos controles sobre la teoría empleada en la resolución de las prácticas, la puntuación de este tema sobre el total de la teoría es del 30%, (3 puntos sobre 10). Si este tema se aprueba mediante estos controles no se deberán contestar las preguntas del examen final sobre el mismo. b) Superación de las prácticas en el examen final Para presentarse al examen final sin tener las prácticas aprobadas por curso, es necesario presentar todas las prácticas realizadas durante este curso (27 prácticas con datos de gabinete y 2 con datos de campo) el mismo día del examen (no antes). Realizar y presentar un trabajo (máximo de 15 páginas) sobre la teoría de orientaciones. Este trabajo y su defensa, en caso de no tener aprobado por curso el tema teórico de orientaciones (Tema 7), será la base para el cálculo del 30% correspondiente a esta parte. En la parte de prácticas el contenido del examen final llevará como mínimo la resolución de una orientación por cualquiera de los métodos estudiados. Trabajos/Seminarios A los alumnos participantes se les tendrá convenientemente en cuenta para la nota final de la asignatura. 8) NECESIDADES DE LA ASIGNATURA EN CUANTO A CONOCIMIENTOS PREVIOS - Trigonometría esférica. - Manejo de instrumental topográfico. 9