MOVIMIENTO DE ROTACIÓN
La Tierra da un giro completo sobre su eje en 24 horas. A este tiempo se le denomina "día". Sin embargo, existen dos definiciones del término día, dependiendo de la referencia espacial que tomemos:
- Día solar medio: toma como referencia el Sol.
- Día sidéreo: toma como referencia una estrella distante.
Día solar medio
Esta definición se utiliza para los asuntos cotidianos de la vida diaria. Su punto de referencia es el Sol, una estrella demasiado cercana al observador. Se define como el lapso de tiempo que tarda la Tierra desde que el sol está en el punto más alto sobre el horizonte hasta que vuelve a estarlo. Se trata de la primera forma que tuvo el hombre de medir el tiempo. Civilmente, el día solar medio dura 24 horas, de 60 minutos y 60 segundos; es decir, 86.400 segundos en total.
Día sidéreo
Esta definición se utiliza en astronomía, por ser más acorde con la realidad científica. Su punto de referencia es una estrella lejana, lo cual permite definir la rotación de la Tierra con mayor exactitud. Se define como el lapso de tiempo que trancurre entre el paso de la Tierra por una misma estrella en el meridiano local. El día sidéreo es unos cuatro minutos más corto que el día solar medio: 23 h 56 min 4 seg aproximadamente. La siguiente figura aclara este concepto:
Las estrellas distantes adelantan al Sol en unos cuatro minutos por día. En la figura, el Sol es el círculo amarillo y la estrella distante es el pequeño círculo rojo. La dirección Sur local es Sur.
La explicación del día sidéreo es la siguiente. Considérese la Tierra ubicada inicialmente en T en el instante en que culminan el Sol y una estrella mucho más distante, de manera que pueda considerarse una referencia fija. El meridiano local es m y el punto Sur es S. Un observador que estuviera mirando al Sur vería al Sol y a la estrella alineados y culminando (figura izquierda).
A medida que transcurre el tiempo, la Tierra se traslada en aproximadamente en 24 horas del punto T al punto T', a la vez que rota. En T' la estrella distante culmina de nuevo, mientras que el Sol no. Para que esto suceda, la Tierra ha de girar el ángulo ST´R, lo cual supone unos cuatro minutos más, por lo que se dice que el Sol "retrasa" respecto a la estrella (figura central)
Finalmente, el Sol culmina por segunda vez en T" y se dice que ha transcurrido un día solar. En ese instante la estrella está al Oeste del meridiano local, y se dice que "adelanta" respecto al Sol (figura derecha).
El tiempo de T a T' es un día sidéreo, cuya duración es de 23 horas 56 minutos y 4,1 segundos aproximadamente, mientras que el tiempo de T a T" es un día solar de 24 horas.
MOVIMIENTO DE TRASLACIÓN
El movimiento de Traslación es el movimiento de la Tierra alrededor del Sol describiendo una órbita elíptica, en la que el Sol es uno de los dos focos. En su movimiento, la Tierra cumple dos de las leyes de Kepler:
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Los planetas describen una elipse en su trayectoria al moverse al rededor del Sol ocupando éste, el lugar de uno de los focos, al que se le llama foco gravitacional; el otro foco de la elipse no tiene ninguna importancia en el efecto gravitacional y sólo se indica como foco geométrico. En su movimiento anual la Tierra recorre 930 millones de kilómetros, a una distancia media de unos 150 millones de kilómetros ó 1 U.A. (Unidad Astronómica) del Sol. El afelio se encuentra a 152 millones de kilómetros (4 de julio) y el perihelio a 147 millones de kilómetros (3 de enero) del Sol respectivamente.
Perihelio y afelio de la Tierra en su movimiento alrededor del Sol.
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En su movimiento, los planetas "barren" áreas iguales (sectores elípticos equivalentes) en tiempos iguales con respecto a su radio vector, que es la recta que une el foco gravitacional (Sol) y el planeta. De esto se infiere que cuando el planeta está más alejado del Sol, su velocidad tangencial sobre la trayectoria elíptica es menor que cuando está más cerca del sol. La velocidad media de la Tierra es de unos 106.200 km/h (29,5 km/s); la velocidad en el afelio (el lugar más cercano al Sol) es de 110.700 km/h, y la velocidad en el perihelio (el punto más alejado del Sol) es de 103.536 km/h.
El movimiento de traslación da origen al concepto de año, del que también tenemos dos definiciones dependiendo de la referencia elegida:
- Año trópico, eligiendo el Sol como referencia.
- Año sidéreo, eligiendo una estrella lejana como referencia.
Año trópico
Eligiendo el Sol como referencia, la Tierra da 365,242189 vueltas en torno a su eje hacia el Sol, por lo que el año trópico dura 365,242189 días solares medios (365 días 5 horas 48 minutos 45,9 segundos).
Año trópico: 365 días 5 horas 48 minutos 45,9 segundos con respecto al Sol.
Año sidéreo.
Eligiendo una estrella lejana como referencia, la Tierra da una vuelta más sobre su eje que en el año trópico, es decir, 366,256363 días solares medios, que equivalen a 366,256436918716 dias siderales (365 dias 6 horas 9 minutos 9,7632 segundos). Es la medida astronómica más exacta de la duración de un año. El exceso de 6 horas origina los años bisiestos.
La duración del año sidéreo es, por tanto, 20 minutos 23 segundos superior al año trópico, que es tiempo que tarda el Sol en recorrer los 50,29 segundos de la precesión anual del equinoccio.
Año sidéreo: 365 dias 6 horas 9 minutos 9,7632 segundos con respecto a una estrella lejana.
MOVIMIENTO DE PRECESIÓN
El eje de la Tierra mantiene una inclinación de 23º 27´ con respecto al plano de su movimiento de traslación sobre el Sol. Por otro lado, la Tierra rota en la misma dirección que el movimiento de traslación. Todo ello hace que se origine un momento de fuerza cuya consecuencia es el giro del eje de la Tierra formando un cono de 47º (46º 54´ para ser exactos).
Explicación gráfica de la precesión del eje terrestre.
La duración de una vuelta de precesión no es exacta, pues la inclinación del eje terrestre varía por varios factores. Uno es el movimiento de nutación que explicaremos a continuación; otro bamboleo de Chandler; otro factor son los movimientos telúricos. Por ejemplo, el terremoto de 8,8º de la escala de Richter que afectó a Chile en febrero de 2010 varió el eje terrestre unos 8 centímetros; el maremoto y el tsumani que afectó el sudeste asiático en el 2004 desplazó el eje unos 17,8 centímetros.
A pesar de ello, podemos afirmar que la precesión del eje terrestre avanza un ángulo de 50,27" por año, lo que se traduce en unos 20 minutos de tiempo. En 72 años el eje de la Tierra se habrá desplazado 1º aproximadamente. Por lo tanto, una vuelta completa tarda en completarse unos 25.950 años (72 años por 360º). Ya hemos dicho que estas cifras no son del todo exactas, por lo que los científicos han estimado la vuelta completa de la precesión del eje terrestre oscila entre 25.700 y 25.900 años. A este ciclo se le denomina año platónico.
La primera consecuencia del movimiento de precesión del eje terrestre es que el polo norte celeste describe en el cielo un gran círculo de 46º 54´. Actualmente la Polaris (Alpha UME) es la Estrella Polar, pero hace 4.500 años era Thuban, de la constelación Dragón, y dentro de unos 12.000 años será Vega, de la constelación Lira.
MOVIMIENTO DE NUTACIÓN
El movimiento de precesión del eje de la Tierra es aún más complejo si consideramos un cuarto movimiento: la nutación. Esto sucede con cualquier cuerpo simétrico o esferoide girando sobre su eje. Un trompo o peónza es un buen ejemplo, pues cuando decelera y cae comienza la precesión. Como consecuencia del movimiento de caída, la púa de la peonza se apoya en el suelo con más fuerza, de modo que aumenta la fuerza de reacción vertical, que finalmente llegará a ser mayor que el peso. Cuando esto sucede, el centro de masa del trompo comienza a acelerar hacia arriba. El proceso se repite, y el movimiento se compone de una precesión del eje acompañada de una oscilación del eje de rotación hacia abajo y hacia arriba, que recibe el nombre de nutación.
Para el caso de la Tierra, la nutación es la oscilación periódica del polo 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. La Tierra se desplaza unos nueve segundos de arco cada 18,6 años, lo que supone que en una vuelta completa de precesión de su eje, la Tierra habrá realizado 1385 bucles.
BAMBOLEO DE CHANDLER
Se trata de una pequeña oscilación del eje de rotación de la Tierra que añade 0,7 segundos de arco en un período de 433 días a la precesión de los equinoccios. Fue descubierto por el astrónomo norteamericano Seth Carlo Chandler en 1891, y actualmente no se conocen las causas que lo producen, aunque se han propuesto varias teorías (fluctuaciones climáticas causantes de cambios en la distribución de la masa atmosférica, posibles movimientos geofísicos bajo la corteza terrestre, etc.)