6: La Esfera Celestial

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 131141

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Si miras hacia arriba en el cielo, aparece como si estuvieras en el centro de una vasta esfera de cristal con las estrellas fijadas en su superficie. Esta esfera es la esfera celeste. No tiene un radio particular; registramos posiciones de las estrellas simplemente especificando ángulos. Solo vemos la mitad de la esfera; la mitad restante se esconde debajo del horizonte. En esta sección describimos los diversos sistemas de coordenadas que se utilizan para describir las posiciones de las estrellas y otros cuerpos en la esfera celeste, y cómo convertir entre un sistema y otro. En particular, describimos las coordenadas altazimutales, ecuatoriales y eclípticas y las relaciones entre ellas. La relación entre las coordenadas eclípticas y ecuatoriales varía con el tiempo debido a la precesión de los equinoccios y la nutación, que también se describen en este capítulo.

6.1: Introducción a la Esfera Celestial
Si miras hacia arriba en el cielo, aparece como si estuvieras en el centro de una vasta esfera de cristal con las estrellas fijadas en su superficie. Esta esfera es la esfera celeste. No tiene un radio particular; registramos posiciones de las estrellas simplemente especificando ángulos. Solo vemos la mitad de la esfera; la mitad restante se esconde debajo del horizonte. En esta sección describimos los diversos sistemas de coordenadas que se utilizan para describir las posiciones de las estrellas y otros cuerpos en la esfera celeste.
6.2: Coordenadas de Altazimuth
En el sistema de coordenadas altazimutales, la posición de una estrella se especifica de manera única por su acimut y ya sea por su altitud o su distancia cenital. Por supuesto, la altitud y el acimut de una estrella están cambiando continuamente todo el tiempo, y también son diferentes para todos los observadores en diferentes ubicaciones geográficas.
6.3: Coordenadas ecuatoriales
El sistema de coordenadas ecuatoriales se utiliza para especificar las posiciones de los objetos celestes. Se puede implementar en coordenadas esféricas o rectangulares, ambas definidas por un origen en el centro de la Tierra, un plano fundamental que consiste en la proyección del ecuador terrestre sobre la esfera celeste (formando el ecuador celeste), una dirección primaria hacia el equinoccio vernal y una diestra convención.
6.4: Conversión entre coordenadas ecuatoriales y altazimutales
¿Paradero en el cielo estará una estrella determinada en un momento determinado? Esto como un problema típico que implica la conversión entre coordenadas ecuatoriales y altazimutales. Tenemos que resolver un triángulo esférico. Eso no es problema —ya sabemos cómo hacerlo. El problema es: ¿qué triángulo?
6.5: Coordenadas eclípticas
Debido a que la mayoría de los planetas (excepto Mercurio) y muchos cuerpos pequeños del Sistema Solar tienen órbitas con ligeras inclinaciones hacia la eclíptica, es conveniente usar el sistema de coordenadas eclípticas como plano fundamental. El origen del sistema puede ser el centro del Sol o de la Tierra, su dirección primaria es hacia el equinoccio vernal (hacia el norte), y tiene una convención de la derecha. Se puede implementar en coordenadas esféricas o rectangulares.
6.6: El Sol Medio
La brillante bola de fuego amarilla (o blanca) que aparece en el cielo y que podrías ver con tus ojos si alguna vez fuiste lo suficientemente tonta como para mirarla directamente es el Sol Aparente. Se mueve hacia el este a lo largo de la eclíptica, y su ascensión recta va en aumento todo el tiempo. El ángulo horario del Sol Aparente podría haber sido llamado la hora solar aparente local, excepto que nos gusta comenzar nuestros días a la medianoche en lugar de al mediodía.
6.7: Precesión
Desde el punto de vista de la mecánica clásica, la Tierra es una cima simétrica oblata. Es decir, tiene un eje de simetría y dos de sus principales momentos de inercia son iguales y son menores que el momento de inercia alrededor del eje de simetría. Los fenómenos de precesión de tal cuerpo son bien entendidos y se estudian en cursos de mecánica clásica. Sin embargo, es necesario tener claro en la mente la distinción entre la precesión sin par y la precesión inducida por el par.
6.8: Nutación
El eje de rotación de la Tierra nuta porque está sujeto a pares variables del Sol y la Luna —el primero variando por la excentricidad de la órbita de la Tierra, y el segundo por la excentricidad y la inclinación de la órbita de la Luna. Esto significa que el equinoccio no se mueve a una velocidad uniforme a lo largo de la eclíptica, y la oblicuidad de la eclíptica varía cuasi-periódicamente. Estos dos efectos se conocen como la nutación en longitud y la nutación en la oblicuidad.
6.9: La duración del año
El calendario que utilizamos en la vida cotidiana es el Calendario Gregoriano, en el que hay 365 días en la mayoría de los años, pero 366 días en años que son divisibles por 4 a menos que también sean divisibles por 100 distintos de los que también son divisibles por 400. El Año Anomalístico es el intervalo entre pasajes consecutivos de la Tierra a través del perihelio y es un poco más largo que el año sideral.
6.10: Problemas
6.11: Soluciones

Miniatura: Tierra girando dentro de una esfera celeste geocéntrica de radio relativamente pequeño. Aquí se representan las estrellas (blancas), la eclíptica (roja) y los círculos de ascensión derecha y declinación (cian) del sistema de coordenadas ecuatoriales. (CC SA-BY 3.0; Tfr000).