Movimientos de la Tierra y Eclipse Solar

Introducción

El siguiente trabajo está hecho con la finalidad de estudiar los movimientos del Planeta Tierra, el eclipse solar y sus principales características.

Con el paso del tiempo y a medida que la ciencia y la tecnología han avanzado, se han hecho más profundos los estudios sobre el planeta Tierra, lo que ha sido muy importante y trascendental porque es el planeta que habitamos y el único que se conoce en el que exista vida y agua, la que se puede presentar en cualquiera de sus estados y es vital para la vida.

Quisimos estudiar los movimientos del planeta tierra para de esa forma darles respuesta a nuestras interrogantes, por ejemplo ¿Por qué existe el día y la noche? ¿Por qué 365 días son un año? Al hablar sobre estos tema, pudimos conocer un poquito más de todo aquello que comprende o trata sobre el eclipse solar. Un tema muy amplio e importante, que para muchos le es indiferente, pero ciertamente es muy importante saber sobre esto en el hogar en el que habitamos todos y el cual debemos cuidar y proteger.

Movimientos de la Tierra

La Tierra no se encuentra inmóvil, sino que está sometida a movimientos de diversa índole. Los principales movimientos de la Tierra se definen con referencia al Sol y son los siguientes: rotación, traslación, precesión y nutación.

1. Movimiento de rotación

Es un movimiento que efectúa la Tierra girando sobre sí misma a lo largo de un eje imaginario denominado Eje terrestre que pasa por sus polos. Una vuelta completa, tomando como referencia a las estrellas, dura 23 horas con 56 minutos y 4 segundos y se denomina día sidéreo. Si tomamos como referencia al Sol, el mismo meridiano pasa frente a nuestra estrella cada 24 horas, llamado día solar. Los 3 minutos y 56 segundos de diferencia se deben a que en ese plazo de tiempo la Tierra ha avanzado en su órbita y debe de girar algo más que un día sideral para completar un día solar.

La primera referencia tomada por el hombre fue el Sol, cuyo movimiento aparente, originado en la rotación de la Tierra, determina el día y la noche, dando la impresión que el cielo gira alrededor del planeta. En el uso coloquial del lenguaje se utiliza la palabra día para designar este fenómeno, que en astronomía se refiere como día solar y se corresponde con el tiempo solar.

Dirección: Oeste a este. Sentido: Antihorario. Tiempo: 23h 56m 0,4s. Velocidad: 28.16 Km/m.

2. Movimiento de traslación

Es un movimiento por el cual el planeta Tierra gira en una órbita alrededor del Sol. En 365 días con 6 horas, esas 6 horas se acumulan cada año, transcurridos 4 años, se convierte en 24 horas (1 día). Cada cuatro años hay un año que tiene 366 días, al que se denomina año bisiesto. La causa de este movimiento es la acción de la gravedad, y origina una serie de cambios que, al igual que el día, permiten la medición del tiempo. Tomando como referencia el Sol, resulta lo que se denomina año tropical, lapso necesario para que se repitan las estaciones del año. Dura 365 días, 5 horas y 47 minutos. El movimiento que describe es una trayectoria elíptica de 930 millones de kilómetros, a una distancia media del Sol de prácticamente 150 millones de kilómetros ó 1 U.A. (Unidad Astronómica: 149 675 000 km). De esto se deduce que la Tierra se desplaza con una rapidez media de 106 200 km/h (29,5 km/s).

La trayectoria u órbita terrestre es elíptica. El Sol ocupa uno de los focos de la elipse y, debido a la excentricidad de la órbita, la distancia entre el Sol y la Tierra varía a lo largo del año. En los primeros días de enero se alcanza la máxima proximidad al Sol, produciéndose el perihelio, donde la distancia es de 147,5 millones de km, mientras que en los primeros días de julio se alcanza la máxima lejanía, denominado afelio, donde la distancia es de 152,6 millones de km.

Como se observa en el gráfico de abajo, el eje terrestre forma un ángulo de unos 23,5º respecto a la normal de la eclíptica, fenómeno denominado oblicuidad de la eclíptica. Esta inclinación, combinada con la traslación, produce sendos largos períodos de varios meses de luz y oscuridad continuadas en los polos geográficos, además de ser la causa de las estaciones del año, derivadas del cambio del ángulo de incidencia de la radiación solar.

3. Movimiento de precesión

La precesión de los equinoccios (el cambio lento y gradual en la orientación del eje de rotación de la Tierra) se debe al movimiento de precesión de la Tierra causado por el momento de fuerza ejercido por el sistema Tierra-Sol en función de la inclinación del eje de rotación terrestre con respecto al Sol (alrededor de 23,43°).

La inclinación del eje terrestre varía de 23º a 27º, ya que depende (entre otras causas) de los movimientos telúricos. En febrero del 2010, se registró una variación del eje terrestre de 8 centímetros aproximadamente, por causa del terremoto de 8,8° Richter que afectó a Chile. En tanto que el maremoto y consecuente tsunami que azotó al sudeste asiático en el año 2004, desplazó 17,8 centímetros al eje terrestre.2

Debido a lo anterior, la duración de una vuelta completa de precesión nunca es exacta; no obstante, los científicos la han estimado en un rango aproximado de entre 25 700 y 25 900 años. A este ciclo se le denomina año platónico.

4. Movimiento de nutación

Para el caso de la Tierra, la nutación es la oscilación periódica del eje de rotación de la Tierra alrededor de su posición media en la esfera celeste, debido a las fuerzas externas de atracción gravitatoria entre la Luna y el Sol con la Tierra. Esta oscilación es similar al movimiento de una peonza (trompo) cuando pierde fuerza y está a punto de caerse.

En el caso de la Tierra, la nutación se superpone al movimiento de precesión y al balanceo de la oblicuidad de la eclíptica de forma que no sean regulares, sino un poco ondulados, los teóricos conos que dibujaría la proyección en el espacio del desplazamiento del eje de la Tierra debido al movimiento de precesión. La nutación hace que cada 18,6 años el eje de rotación de la Tierra oscile hasta unos nueve segundos de arco a cada lado del valor medio de la oblicuidad de la eclíptica y hasta unos 17 segundos a cada lado del valor medio de desplazamiento del punto Aries sobre la eclíptica debido a la precesión de los equinoccios.

El Sol produce otro efecto de nutación de mucha menor relevancia, con un período medio de medio año incrementando la oscilación del eje mencionada hasta 1.1" de arco en oblicuidad y hasta alrededor de 2" de arco en longitud (precesión)

Los demás planetas también producen variaciones, denominadas perturbaciones, pero que carecen de importancia por su pequeño valor.

Actualmente la oblicuidad media es de poco menos de 23°26'16", correspondiendo dicho ángulo y su complemento (66°33'44") a la latitud media de los trópicos y los círculos polares respectivamente. La oblicuidad media está decreciendo 0.47" por año, lo cual se refleja en un desplazamiento anual de 14.4 m de los trópicos y círculos polares medios, sin embargo la nutación modifica continuamente la oblicuidad hasta en poco más de 3" de un año a otro en años de máxima diferencia, mismos que cuando son del mismo signo que la variación de la oblicuidad llegan a sumar 3.5", los que en la tierra representan hasta 110 m de diferencia de un año a otro entre la ubicación de los trópicos y círculos polares verdaderos.

En cada ciclo de 18.6 años la diferencia de ubicación entre trópicos y círculos polares medios y verdaderos puede alcanzar hasta cerca de 300 m y la ubicación de los trópicos y círculos polares verdaderos puede superar los 700 m de distancia en 10 años, período máximo de alejamiento antes de empezar el siguiente ciclo.

Al depender el movimiento de nutación de la estructura interna de la Tierra, las discrepancias entre los valores predichos y observados proporcionan información sobre modelos para el núcleo terrestre.

El movimiento de nutación fue descubierto en 1728 por el astrónomo inglés James Bradley, y dado a conocer en el año 1748. Hasta 20 años más tarde no se supo que la causa de este movimiento extra del eje de la Tierra era la atracción gravitatoria ejercida por la Luna.

Los fenómenos de movimiento del polo e inconstancia de la rotación terrestre aparecen como consecuencia de pequeños cambios en el momento angular de la Tierra. Este cambio es debido a muy diversos fenómenos, entre los que se pueden citar el intercambio de momento angular entre la Tierra y su atmósfera y, entre la Tierra y la Luna, variación de la altura del nivel del mar y corrientes oceánicas, producidas por el fenómeno de las mareas, acoplamientos mecánicos entre los movimientos de los fluidos del núcleo y manto, etc.

5. Bamboleo de Chandler

El bamboleo es una pequeña variación en el eje de rotación de la Tierra, descubierta por el astrónomo norteamericano Seth Carlo Chandler en 1891. Supone una variación de 0,7 segundos de arco en un período de 433 días. En otras palabras, los polos de la Tierra se mueven en una circunferencia irregular de 3 a 15 metros de diámetro, en un movimiento oscilatorio. Esto supone un añadido a la precesión de los equinoccios, una mayor oscilación que necesita alrededor de 25.000 años para completarse.

El diámetro del bamboleo ha variado desde su descubrimiento, alcanzando la máxima amplitud registrada en 1910. Su origen es desconocido: salvo por una fuerza externa, el bamboleo debería ir remitiendo paulatinamente. En un principio se creyó que estaba causado por fluctuaciones climáticas causantes de cambios en la distribución de la masa atmosférica, o a posibles movimientos geofísicos bajo la corteza terrestre. El 18 de julio del año 2000 el Jet Propulsion Laboratory (Laboratorio de Propulsión a Chorro) anunció que "la causa principal del bamboleo de Chandler es la presión fluctuante del fondo oceánico, originada por los cambios en la temperatura y la salinidad, y por los cambios en la dirección de las corrientes oceánicas".

El bamboleo de Chandler es un factor tenido en cuenta por los sistemas de navegación por satélite (sobre todo los de uso militar). Ha sido propuesto como el causante de la actividad tectónica mayor, incluyendo terremotos, vulcanismo, el fenómeno del Niño y el calentamiento global del planeta, aunque no hay datos en la actualidad que apoyen estas teorías.

El 28 de enero de 2006 Lloyd Stewart Carpenter informó, durante una emisión del programa Coast to Coast AM, que el bamboleo de Chandler se había detenido (su amplitud se había reducido a cero), y que eso podría acarrear consecuencias catastróficas. De hecho se produjo una pausa significativa de seis semanas, que fue detectada por el Internacional Earth Rotation Service en enero de 2006. Este organismo informó de una variación de 90 grados en la trayectoria predicha del bamboleo (habitualmente una espiral creciente o decreciente, dependiendo del momento del ciclo). El cese del movimiento se mantuvo hasta el 11 de febrero de ese año, en que comenzó de nuevo a desarrollar su movimiento habitual. Esta anomalía desató gran interés en la comunidad científica pero hasta la fecha no se ha propuesto una teoría explicativa del fenómeno, ni si ha causado o causará alteraciones importantes en el eje de rotación de la Tierra.

Eclipse solar

Un eclipse solar es el fenómeno que se produce cuando la Luna oculta al Sol, desde la perspectiva de la Tierra. Esto sólo puede pasar durante la luna nueva (Sol y Luna en conjunción).

1. Tipos de eclipse solar

Existen cuatro tipos de eclipse solar:

• Parcial: la Luna no cubre por completo el disco solar que aparece como un creciente.

• Semiparcial: la Luna casi cubre por completo el Sol, pero no lo consigue.

• Total: desde una franja (banda de totalidad) en la superficie de la Tierra, la Luna cubre totalmente el Sol.2 Fuera de la banda de totalidad el eclipse es parcial. Se verá un eclipse total para los observadores situados en la Tierra que se encuentren dentro del cono de sombra lunar, cuyo diámetro máximo sobre la superficie de nuestro planeta no superará los 270 km, y que se desplaza en dirección este a unos 3.200 km/h. La duración de la fase de totalidad puede durar varios minutos, entre 2 y 7,5, alcanzando algo más de las 2 h todo el fenómeno, si bien en los eclipses anulares la máxima duración alcanza los 12 minutos y llega a más de 4 h en los parciales, teniendo esta zona de totalidad una anchura máxima de 272 km y una longitud máxima de 15.000 km.

• Anular: ocurre cuando la Luna se encuentra cerca del apogeo y su diámetro angular es menor que el solar, de manera que en la fase máxima permanece visible un anillo del disco del Sol. Esto ocurre en la banda de anularidad; fuera de ella el eclipse es parcial.

Para que se produzca un eclipse solar la Luna ha de estar en o próxima a uno de sus nodos, y tener la misma longitud celeste que el Sol.

Cada año suceden sin falta dos eclipses de Sol, cerca de los nodos de la órbita lunar, si bien pueden suceder cuatro e incluso cinco eclipses. Suceden cinco eclipses solares en un año cuando el primero de ellos tiene lugar poco tiempo después del primero de enero. Entonces el segundo tendrá lugar en el novilunio siguiente, el tercero y el cuarto sucederán antes de que transcurra medio año, y el quinto tendrá lugar pasados 345 días después del primero, puesto que ese es el número de días que contienen 12 meses sinódicos.

Por término medio sucede un eclipse total de Sol en el mismo punto terrestre una vez cada 200-300 años. Para que suceda un eclipse de Sol, es preciso que la Luna esté en conjunción inferior (Luna nueva) y además que el Sol se encuentre entre los 18º 31´ y 15º 21´ de uno de los nodos de la órbita lunar.

La mayor o menor distancia de la Luna a su perigeo va a determinar que el eclipse sea total o anular, como se explica en la figura 2. Los valores extremos para el perigeo y apogeo lunares en el siglo XXI, tomados del Anuario del Observatorio Astronómico de Madrid, son los siguientes:

• Perigeo lunar: entre 356.375 km y 370.350 km

• Apogeo lunar: entre 404.050 km y 406.712 km

Considerando los valores extremos de los anteriores resulta que la distancia de la Luna a la Tierra variará en nuestro siglo en 50.337 km como máximo, cantidad importante que supone unos 4 minutos de arco para el diámetro angular lunar, en más o en menos, un 8% del diámetro angular medio de nuestro satélite.

2. Magnitud y oscurecimiento

La magnitud de un eclipse solar es la fracción del diámetro solar ocultado por la Luna, mientras que el oscurecimiento se refiere a la fracción de la superficie solar que queda oculta. Son cantidades completamente distintas. La magnitud puede darse en forma decimal o como un porcentaje: hablaremos indistintamente de una magnitud 0,2 o del 20%, por ejemplo.

Si el eclipse es total se considera el cociente entre los diámetros angulares lunar y solar. En el momento de la totalidad este cociente valdrá 1,0 o más, en el caso de una Luna nueva muy próxima al perigeo.

Por otra parte, no puede darse una correspondencia única entre magnitud y oscurecimiento porque debido a la variable distancia Tierra-Luna varía asimismo el diámetro angular de ésta y a eclipses de igual magnitud no les corresponde siempre un mismo oscurecimiento. Esto se representa -de forma muy exagerada- en la figura 3: tanto en A como en B la magnitud es de 0,5 -oculta la mitad del diámetro solar-, pero el oscurecimiento -fracción de superficie solar tras la Luna- es mayor en A que en B.

3. Inclinación de la órbita

En un eclipse los centros del Sol, la Tierra y la Luna están totalmente alineados, estando la Luna siempre cerca de la línea que une la Tierra y el Sol. Si la órbita de la Luna estuviese sobre la eclíptica (plano de la órbita de la Tierra), en cada revolución lunar daría lugar a un eclipse de sol durante el Novilunio y a un eclipse de luna durante el Plenilunio, al cabo de unos 15 días. En realidad el plano de la órbita lunar está inclinado respecto a la eclíptica un ángulo de 5°08'13", lo que motiva, las más de las veces, que la Luna pase por encima o por debajo del Sol o por arriba o debajo del cono de sombra de la Tierra sin que tenga lugar el eclipse. Solo habrá eclipses en las sicigias (palabra que engloba las conjunciones y oposiciones del Sol y la Luna) cuando el Sol esté cerca de los Nodos de la Luna o puntos en que la órbita lunar corta a la Eclíptica. Este nombre proviene porque los eclipses siempre ocurren en la proximidad a dicho plano.

Si la alineación es bastante perfecta, la Luna está muy cerca del nodo durante la sicigia, o su latitud no excede de un determinado valor, ocurre un eclipse total. Si la coincidencia no es completa por no estar la Luna sobre la eclíptica, aunque sí cerca de ella, se produce un eclipse parcial, quedando el Sol parcialmente oculto por la Luna (eclipse parcial de Sol) o ésta parcialmente inmersa en el cono de sombra de la Tierra (eclipse parcial de luna).

4. Período Saros

Esta serie de condiciones son motivo de que los eclipses sean fenómenos raros que se reproducen al cabo de 223 lunaciones, o sea 18 años 11 días, y que se llama período Saros y que es múltiplo común de dos de las distintas revoluciones lunares.

En un año hay dos estaciones de eclipses cuando el Sol pasa cerca de los Nodos. A lo largo de un año no pueden ocurrir menos de dos eclipses, que serán obligatoriamente de sol, ni más de 7: 5 de sol y 2 de luna, 4 de sol y 3 de luna, 2 de sol y 5 de luna. Hay 8 eclipses cada 6 lunaciones que se denominan series cortas. Tras un período Saros hay un eclipse homólogo muy similar, pero que va evolucionando a lo largo de los distintos saros, formando una serie larga que puede durar unos 1.280 años.

5. Importancia histórica de los eclipses

Existen numerosas referencias históricas de este tipo de fenómenos en distintas épocas y culturas; así constan documentados eclipses en el año 709 a. C. en China o en el 332 a. C. en Babilonia. El eclipse solar más antiguo del que existe constancia sucedió en China el 22 de octubre del año 2137 a. C., y al parecer costó la vida a los astrónomos reales Hsi y Ho, los cuales no supieron predecirlo a tiempo.

Los eclipses de Sol y Luna han representado mucho para el desarrollo científico. Fueron los griegos los que descubrieron el período Saros que les permitió predecir eclipses. Por otra parte, Aristarco de Samos (310 a. C.-230 a. C.) determinó por primera vez la distancia de la Tierra a la Luna mediante un eclipse total de Luna. Hiparco(194 a. C.-120 a. C.) descubrió la Precesión de los equinoccios basándose en eclipses lunares totales cerca de los Equinoccios y en unas tablas para el Sol, y mejoró la determinación de la distancia de la Tierra a la Luna realizada por Aristarco. Kepler propuso usar los eclipses de Luna como una señal absoluta para medir la longitud geográfica de un lugar sobre la Tierra.

Hacia 1695 Edmond Halley, comparando observaciones contemporáneas con registros históricos de antiguos eclipses, sugiere que la Luna se ha estado acelerando gradualmente en su órbita. Unos años más tarde Richard Dunthorne cuantificó el efecto en +10" arcosegundos/siglo^2 en términos de la diferencia de longitud lunar. Hoy es sabido que lo que realmente está sucediendo es una ligerísima disminución en la velocidad de rotación de la Tierra. Durante siglos, el fenómeno de fricción de marea ha ido ralentizando la velocidad de rotación de la Tierra tal que la duración del día ha ido aumentando a un ritmo de 2,3 milisegundos cada siglo.

Durante el siglo XIX se produce un gran avance en espectroscopia que permite descubrir el helio en el Sol y Einstein resuelve el enigma del excesivo avance del perihelio de Mercurio y la curvatura de la luz cerca del Sol. Los eclipses del Sol son una brillante confirmación de la Teoría de la Relatividad.

6. Recomendaciones para ver un eclipse

Un eclipse es un fenómeno natural interesante; sin embargo puede poner en riesgo la vista del observador, si no toma las cuidados necesarios para apreciar el fenómeno, ver por tiempo prolongado directamente el Sol puede provocar quemaduras en la retina y ceguera permanente. Hay formas de apreciarlo sin comprometer la vista del observador:

• Filtro solar o anteojos especiales, garantizados por el fabricante. De acuerdo con el Instituto de Astrofísica de Canarias, el cristal oscuro de soldador número 14, que puede adquirirse en ferreterías, puede proteger adecuadamente la vista durante unos segundos. Los filtros caseros o anteojos comunes no deben utilizarse nunca por el peligro que conllevan para los ojos humanos.

• Observación indirecta:

• Proyección a través de un agujero pequeño: se perfora un agujero diminuto, con la ayuda de un alfiler, en una hoja de cartón. Se hace pasar la luz solar a través del agujero y se proyecta sobre una de papel o una superficie lisa.

• Proyección con binoculares: se tapa uno de los lentes de los binoculares y se hace pasar la luz a través del lente abierto. Nunca ver el sol directamente a través de binoculares, ya que puede producir quemaduras graves e instantáneas en la retina.

• Proyección con telescopio: es una de las mejores técnicas para observar un eclipse. Se hace pasar la luz del Sol a través del telescopio y se proyecta sobre una superficie lisa. Se pueden observar algunos detalles de la superficie solar. Es recomendable utilizar los lentes de menor aumento, ya que producen imágenes más grandes y generan menos calor, protegiendo así el instrumento.

• El horizonte: durante el punto máximo de un eclipse total de sol puede apreciarse cómo todo el horizonte se ve iluminado alrededor del observador.

• Las reacciones de los animales: los animales son muy sensibles a este fenómeno. En la etapa de oscurecimiento los animales de hábitos diurnos se preparan para dormir, mientras que otros reaccionan con nerviosismo. Durante el punto máximo la mayor parte de los animales hace silencio.

• Sombras: durante el punto de máxima ocultación se alteran las sombras de forma perceptible.

Conclusión

Con la realización de este trabajo se ha aprendido que la Tierra está en continuo movimiento. Se desplaza, con el resto de planetas y cuerpos del Sistema Solar, girando alrededor del centro de la galaxia, la Vía Láctea. Sin embargo, este movimiento afecta poco la vida cotidiana.

Lo más importante, es el movimiento que efectúa describiendo su órbita alrededor del Sol, ya que determina el año y el cambio de estaciones. Y, aún más, la rotación de la Tierra alrededor de su propio eje, que provoca el día y la noche, que determina los horarios y biorritmos y que, en definitiva, forma parte de la vida humana.

También se aprendió que los eclipses solares son acontecimientos astronómicos que han asombrado y en ocasiones aterrorizado al ser humano desde el principio de los tiempos. Desde antiguo, su carácter de acontecimiento inusual, ha hecho que se asocien con desgracias personales, caída de imperios, revoluciones y enfermedades infecciosas. Los animales también reaccionan ante los eclipses totales de Sol, pues corren a refugiarse en sus nidos o madrigueras para emerger de ellas unos pocos minutos después, una vez que la breve noche del eclipse se ha convertido de nuevo en día.

Autor:

Eriana Méndez

4to Grado Sección "B"

República Bolivariana de Venezuela

Escuela Básica Nacional Creación UD-4

Caricuao – Caracas

Mayo, 2013

Enviado por:

FranklinVera