4.1: Tierra y cielo
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Describir cómo se utilizan la latitud y la longitud para mapear la Tierra
- Explicar cómo se usa la ascensión y declinación correctas para mapear el cielo
Para crear un mapa preciso, un creador de mapas necesita una forma de identificar de manera única y sencilla la ubicación de todas las principales entidades del mapa, como ciudades o hitos naturales. Del mismo modo, los creadores de mapas astronómicos necesitan una forma de identificar de manera única y sencilla la ubicación de estrellas, galaxias y otros objetos celestes. En los mapas de la Tierra, dividimos la superficie de la Tierra en una cuadrícula, y cada ubicación en esa cuadrícula se puede encontrar fácilmente usando sus coordenadas de latitud y longitud. Los astrónomos tienen un sistema similar para los objetos en el cielo. Aprender sobre estos puede ayudarnos a comprender el aparente movimiento de objetos en el cielo desde diversos lugares de la Tierra.
Localización de lugares en la Tierra
Comencemos fijando nuestra posición en la superficie del planeta Tierra. Como comentamos en Observando el cielo: El nacimiento de la astronomía, el eje de rotación de la Tierra define las ubicaciones de sus polos Norte y Sur y de su ecuador, a medio camino entre ellos. Otros dos sentidos también están definidos por los movimientos de la Tierra: este es la dirección hacia la que gira la Tierra, y el oeste es su opuesto. En casi cualquier punto de la Tierra, las cuatro direcciones —norte, sur, este y oeste— están bien definidas, a pesar de que nuestro planeta es redondo y no plano. Las únicas excepciones están exactamente en los polos Norte y Sur, donde las direcciones este y oeste son ambiguas (porque los puntos exactamente en los polos no giran).
Podemos utilizar estas ideas para definir un sistema de coordenadas adheridas a nuestro planeta. Tal sistema, como el trazado de calles y avenidas en Manhattan o Salt Lake City, nos ayuda a encontrar a dónde estamos o queremos ir. Las coordenadas en una esfera, sin embargo, son un poco más complicadas que las de una superficie plana. Debemos definir círculos en la esfera que desempeñen el mismo papel que la cuadrícula rectangular que se ve en los mapas de la ciudad.
Un gran círculo es cualquier círculo en la superficie de una esfera cuyo centro está en el centro de la esfera. Por ejemplo, el ecuador de la Tierra es un gran círculo en la superficie de la Tierra, a medio camino entre los polos Norte y Sur. También podemos imaginar una serie de grandes círculos que pasan tanto por el Polo Norte como por el Polo Sur. A cada uno de los círculos se le llama meridiano; cada uno de ellos es perpendicular al ecuador, cruzándolo en ángulo recto.
Cualquier punto de la superficie de la Tierra tendrá un meridiano que lo atraviesa (Figura\(\PageIndex{1}\)). El meridiano especifica la ubicación este-oeste, o longitud, del lugar. Por acuerdo internacional (y se necesitaron muchas reuniones para que los países del mundo se pusieran de acuerdo), la longitud se define como el número de grados de arco a lo largo del ecuador entre su meridiano y el que pasa por Greenwich, Inglaterra, que ha sido designado como el Meridiano Principal. La longitud del Meridiano Principal se define como 0°.
¿Por qué Greenwich, podrías preguntar? Cada país quería 0° de longitud para pasar por su propia capital. Greenwich, sitio del antiguo Observatorio Real (Figura\(\PageIndex{2}\)), fue seleccionado porque estaba entre Europa continental y Estados Unidos, y porque fue el sitio para gran parte del desarrollo del método para medir la longitud en el mar. Las longitudes se miden al este o al oeste del meridiano de Greenwich de 0° a 180°. Como ejemplo, la longitud del punto de referencia de la casa de reloj del Observatorio Naval de Estados Unidos en Washington, DC, es de 77.066° W.
Tu latitud (o ubicación norte-sur) es el número de grados de arco que estás lejos del ecuador a lo largo de tu meridiano. Las latitudes se miden al norte o al sur del ecuador de 0° a 90°. (La latitud del ecuador es 0°.) Como ejemplo, la latitud del punto de referencia del Observatorio Naval anteriormente mencionado es 38.921° N. La latitud del Polo Sur es 90° S, y la latitud del Polo Norte es 90° N.
Localizando lugares en el cielo
Las posiciones en el cielo se miden de una manera que es muy similar a la forma en que medimos las posiciones en la superficie de la Tierra. Sin embargo, en lugar de latitud y longitud, los astrónomos utilizan coordenadas llamadas declinación y ascensión derecha. Para denotar posiciones de objetos en el cielo, a menudo es conveniente hacer uso de la esfera celeste ficticia. Vimos en Observando el cielo: El nacimiento de la astronomía que el cielo parece rotar alrededor de puntos por encima de los polos Norte y Sur de la Tierra, puntos en el cielo llamados polo celeste norte y polo celeste sur. A medio camino entre los polos celestes, y así 90° de cada polo, se encuentra el ecuador celeste, un gran círculo en la esfera celeste que se encuentra en el mismo plano que el ecuador de la Tierra. Podemos usar estos marcadores en el cielo para establecer un sistema de coordenadas celestes.
La declinación en la esfera celeste se mide de la misma manera que se mide la latitud en la esfera de la Tierra: desde el ecuador celeste hacia el norte (positivo) o sur (negativo). Por lo que Polaris, la estrella cerca del polo celeste norte, tiene una declinación de casi +90°.
La ascensión derecha (RA) es como longitud, salvo que en lugar de Greenwich, el punto elegido arbitrariamente donde empezamos a contar es el equinoccio vernal, un punto en el cielo donde la eclíptica (el camino del Sol) cruza el ecuador celeste. La RA se puede expresar en unidades de ángulo (grados) o en unidades de tiempo. Esto se debe a que la esfera celeste parece girar alrededor de la Tierra una vez al día a medida que nuestro planeta gira sobre su eje. Así, el 360° de RA que se necesita para recorrer una vez alrededor de la esfera celeste también se puede establecer igual a 24 horas. Entonces cada 15° de arco es igual a 1 hora de tiempo. Por ejemplo, las coordenadas celestes aproximadas de la estrella brillante Capella son RA 5h = 75° y declinación +50°.
Una forma de visualizar estos círculos en el cielo es imaginar a la Tierra como una esfera transparente con las coordenadas terrestres (latitud y longitud) pintadas sobre ella con pintura oscura. Imagina la esfera celeste que nos rodea como una bola gigante, pintada de blanco por dentro. Entonces imagínate en el centro de la Tierra, con una bombilla brillante en el medio, mirando hacia el cielo a través de su superficie transparente. Los polos terrestres, el ecuador y los meridianos se proyectarán como sombras oscuras sobre la esfera celeste, dándonos el sistema de coordenadas en el cielo.
Puedes explorar una variedad de animaciones básicas sobre coordenadas y movimientos en el cielo en este sitio interactivo de ClassAction. Haga clic en la pestaña “Animaciones” para obtener una lista de opciones. Si eliges la segunda opción en el menú, podrás jugar con la esfera celeste y ver RA y declinación definidas visualmente.
La Tierra Turnera
¿Por qué muchas estrellas se levantan y ponen cada noche? ¿Por qué, en otras palabras, parece girar el cielo nocturno? Hemos visto que la rotación aparente de la esfera celeste podría explicarse ya sea por una rotación diaria del cielo alrededor de una Tierra estacionaria o por la rotación de la Tierra misma. Desde el siglo XVII, se ha aceptado generalmente que es la Tierra la que gira, pero no hasta el siglo XIX el físico francés Jean Foucault brindó una demostración inequívoca de esta rotación. En 1851, suspendió un péndulo de 60 metros que pesaba unos 25 kilogramos de la cúpula del Panteón en París y comenzó a balancear uniformemente el péndulo. Si la Tierra no hubiera estado girando, no habría habido alteración del plano de oscilación del péndulo, y así habría seguido trazando el mismo camino. Sin embargo, después de unos minutos Foucault pudo ver que el plano de movimiento del péndulo estaba girando. Foucault explicó que no era el péndulo lo que se desplazaba, sino la Tierra la que giraba debajo de él (Figura\(\PageIndex{3}\)). Ahora se pueden encontrar péndulos de este tipo en muchos centros científicos y planetarios de todo el mundo.
¿Se te ocurren otras pruebas que indiquen que es la Tierra y no el cielo lo que está girando? (Véase la Sección 4.E, Actividad A del Grupo Colaborativo al final de este capítulo.)
Conceptos clave y resumen
El sistema terrestre de latitud y longitud hace uso de los grandes círculos llamados meridianos. La longitud se establece arbitrariamente en 0° en el Observatorio Real de Greenwich, Inglaterra. Un sistema de coordenadas celestes análogo se llama ascensión derecha (RA) y declinación, con 0° de declinación comenzando en el equinoccio vernal. Estos sistemas de coordenadas nos ayudan a localizar cualquier objeto en la esfera celeste. El péndulo de Foucault es una manera de demostrar que la Tierra está girando.
Glosario
- declinación
- la distancia angular norte o sur del ecuador celeste
- gran círculo
- un círculo en la superficie de una esfera que es la curva de intersección de la esfera con un plano que pasa por su centro
- meridiano
- un gran círculo en la esfera terrestre o celeste que pasa por los polos
- ascensión derecha
- la coordenada para medir las posiciones este-oeste de los cuerpos celestes; el ángulo medido hacia el este a lo largo del ecuador celeste desde el equinoccio vernal hasta el círculo horario que pasa por un cuerpo