Clases de navegación: El sistema solar

En aviación no somos astrónomos ni físicos. El piloto suele ser una persona con poco tiempo y a la que le gusta simplificar para poder concentrarse en lo suyo, el vuelo. No se requiere por lo tanto un conocimiento en profundidad sobre el sistema solar para poder sacarse la licencia de Piloto de Transporte de Lineas Aéreas (ATPL), pero existen varios puntos clave que toda persona con un poco de curiosidad por el tema debería de saber (...o por lo menos sonarle). Dichos puntos se suelen englobar dentro de la asignatura de Navegación General que se imparten a los cadetes en su primer año de enseñanza teórica. La referencia (EASA-JAA) de la asignatura y el tema es: 061 01 01 00 (The Solar System- Navigation General).

Los objetivos fundamentales de acuerdo con la EASA son:

• Conocer los términos "Eclíptica" y "plano de la Eclíptica"
• Saber explicar los conceptos círculos polares
• Saber explicar lo que es el solsticio (verano/invierno)
• Saber explicar el significado de los términos "equinoccio" de primavera y otoño.
• Saber la relación entre declinación del sol, latitud y el periodo de luz solar.
• Conocer qué es el perihelio y el afelio.
• Saber que es el Zenit. 

De una manera sencilla, se puede decir que el sistema solar comprende el sol y los 8 (...o 9) planetas que lo circundan, así como todos los objetos celestiales que se encuentran ligados a los mencionados planetas (162 lunas) y los miles de de cuerpos más pequeños que están dentro del campo gravitatorio del sol y sus planetas (asteroides, meteoritos, cometas y polvo interplanetario). 

Desde 1930 hasta 2006, Plutón fue considerado como el noveno planeta del sistema solar, pero en realidad siempre fue el cuerpo celeste más grande del cinturón de Kuiper. Desde 2006  La Unión Astronómica Internacional ha re-definido el termino planeta y bajo la nueva definición Plutón ha sido clasificado como un planeta enano, con lo que el numero de "verdaderos planetas se reduce a 8. En la actualidad se está volviendo a replantear el restituir a Plutón su categoría de noveno planeta. Además de Plutón, la UAI reconoce actualmente otros dos planetas enanos: Céres, el mayor objeto del cinturón de asteroides, y Eris, que se encuentra más allá del cinturón de Kuiper en una región llamada el disco disperso. De los planetas enanos conocidos, solamente Céres no tiene lunas.

Es poco intuitivo pensar que habiendo tantos planetas y cuerpos celestes el espacio pueda estar "casi vacío", pero en realidad así es. El Universo tiene unas dimensiones que la mente humana no es capaz de captar a menos que alguien nos pueda dar una idea. Para muestra esta espectacular fotografía en la que alguien ha puesto a todos los planetas del sistema solar juntos (con la escala adecuada). Lo curioso es que todos ellos caben dentro de la distancia entre la tierra y la luna.

Si se echan cuentas se puede ver que es cierto. Entre la Tierra y nuestro satélite hay 384,440km. Los diámetros aproximados del resto de planetas son:

• Mercurio: 4.879km
• Venus: 12.104km
• Marte: 6.794km*
• Júpiter 142.984km
• Saturno: 116,464km
• Urano 50.724km
• Neptuno: 49.244km.

Sumados todos nos da una distancia de 383.193 kilómetros. Esto sin contar con nuestro querido y no siempre considerado Plutón... Pero la idea es clara. Todo está muy lejos en el espacio.

El sistema solar en inglés es "solar system", la palabra "solar" se deriva del nombre latino del Sol. (En Español Sol sigue siendo la palabra adecuada para el término anglosajón "Sun"). Los planetas giran alrededor del Sol en órbitas elípticas. Cada planeta tiene su período orbital. La mayoría de los objetos en órbita alrededor del sol tienen el mismo plano orbital llamado "eclíptica", que es un plano que coincide (más o menos) paralelo al ecuador del Sol.

Los planetas se encuentran muy cerca de la eclíptica. Todos los planetas, y la mayoría de los otros objetos, también orbitan con la misma dirección de la rotación del Sol, es decir, en una dirección hacia la izquierda según se ve desde un punto por encima del polo norte del Sol. Existe una relación directa entre lo lejos que se encuentra un planeta del Sol, y la rapidez con que este órbita. Mercurio, por ejemplo, con la circunferencia orbital más pequeño, viaja más rápido que los demás, mientras que Neptuno, situado mucho más lejos del Sol, viaja más lentamente.

Los astrónomos a menudo miden distancias en el sistema solar en las denominadas unidades astronómicas, UA ó AU en inglés. Una ua es la distancia media entre la Tierra y el Sol, o aproximadamente 149.598.000 kilómetros (En aviación se puede redondear a 150 millones de km). Esto quiere decir que la luz procedente del sol llega a la tierra unos 8 minutos después de haber dejado el astro rey... o en otras palabras, estamos viendo algo que ya ha sucedido hace 8 minutos. 

Esa es la razón por la cual se suele decir que las máquinas del tiempo ya están inventadas. Son los telescopios. Cuanto más lejos se puede ver con ellos, más atrás en el tiempo vemos. Plutón se encuentra  más o menos a 39 ua del Sol, mientras que Júpiter se encuentra aproximadamente a 5,2 ua. El espacio es enorme y todo está muy lejos (casi todo es espacio vacío). Para medir distancias mayores, donde las ua se quedan cortas, se emplea otra unidad mucho mayor. Se trata del Parsec (pc). Su nombre se deriva del inglés "parallax of one arc second" (paralaje de un segundo de arco o arcosegundo). la unidad astronómica ua se puede poner en función de los pc de esta manera: 1 UA = 4,85 x 10^-6 pc

En sentido estricto pársec se define como la distancia a la que una unidad astronómica (ua) subtiende un ángulo de un segundo de arco (1"). En otras palabras, una estrella dista un pársec si su paralaje es igual a 1 segundo de arco. En la ilustración inferior se aprecia la tierra girando alrededor del sol a una distancia media de 1 UA. 

Si visualizamos una estrella en el firmamento, veremos un movimiento aparente entre las estrellas que constituyen el fondo celeste (aquellas que se encuentran en el espacio profundo, tan lejos de nosotros que parecen estacionarias) y la estrella que pretendemos medir y que es más cercana. Un pársec es la distancia desde el Sol a un objeto astronómico que tiene una paralaje de un segundo de arco. La estrella más cercana a nuestro sistema solar se llama Proxima Centauri y según los cálculos de las agencias espaciales esta se encuentra a 1,3 pc (cada pc son 3,26 años luz).

Los pársec se mencionan en multitud de obras de ciencia ficción, como son libros, series de televisión y películas. En muchas de ellas, como son las novelas de Isaac Asimov o las series de televisión Star Trek, se utiliza el término más o menos correctamente, sin embargo en varias ocasiones no es así. 

En La Guerra de las Galaxias (Episodio IV: Una Nueva Esperanza), Han Solo se jacta de que su nave, el Halcón Milenario, es «the ship that made the Kessel Run in less than 12 parsecs» («la nave que corrió la carrera Kessel en menos de 12 pársecs»). Al parecer George Lucas utilizó el pársec como medida de tiempo y no de distancia. Este hecho fue objeto de parodia en el episodio «Blue Harvest» de Padre de Familia. Sin embargo, el mismo Lucas, en el comentario de la película aparecida en DVD de 2004, aclara que el tiempo dado en unidades de distancia significa, en el universo de La Guerra de las Galaxias, una referencia a la manera en que el ordenador de una nave calcula el camino a recorrer entre dos puntos del espacio; una distancia menor (en pársecs) quiere decir que el ordenador ha encontrado un camino que se puede recorrer en menos tiempo. Al parecer, el Halcón Milenario era muy eficiente en este sentido, gracias a las «mejoras» introducidas por Solo. Por otro lado, en el Episodio 2, de la misma saga, la senadora Padme utiliza el pársec como una unidad de distancia.

Calcular la longitud del pársec es tan sencillo como aplicar un poco de trigonometría basica, tal como se puede ver a continuación. 

 

E = Earth (Tierra)
S = Sun (Sol)
D = Distancia de una estrella

1 pársec = 206.265 ua = 3,2616 años luz = 3,0857 × 10¹⁶ m

La tierra y el sol

La tierra gira sobre un eje que pasa a través de los dos polos. Alrededor de este eje, la Tierra gira hacia el este. La órbita y la velocidad de la tierra alrededor del sol están gobernadas por las leyes de Kepler. que se verán más adelante.

La Tierra completa una órbita alrededor del Sol en aproximadamente 365,25 días.

El día solar medio

Se entiende este concepto como un sol imaginario que se supone que viajar a una velocidad uniforme a lo largo de todo el año. Este concepto se utiliza como un método conveniente de medir el tiempo.
Día solar medio es por lo tanto el intervalo entre dos tránsitos sucesivos del Sol (calculado como día solar medio).

El eje de rotación de la tierra está inclinado en su trayectoria orbital alrededor del sol en un ángulo de aproximadamente 66,5 °, esto es lo que da lugar precisamente a las diferentes estaciones, como se verá más adelante.

El camino aparente del Sol a través del cielo

En verano, la trayectoria del Sol es más larga, y también lo son los días. En invierno, la trayectoria del Sol es más corta, y también lo son los días. El Sol medio se percibe con un movimiento hacia el este a lo largo del ecuador celeste a una velocidad que proporciona una medida uniforme de tiempo igual al tiempo medio estimado del verdadero sol.

La distancia de un planeta al Sol varía en el curso de su año. Su máxima aproximación al Sol se conoce como su perihelio, mientras que su punto más alejado del Sol se llama es el afelio. La velocidad más alta de la Tierra en su órbita es cuando la Tierra está más cerca del Sol (perihelio). La velocidad más baja de la Tierra en su órbita es cuando la Tierra está más alejada del Sol (afelio). perihelio se produce a principios de enero y principios de julio se produce el afelio.

La segunda ley de Kepler explica la variación de la velocidad de la Tierra en su órbita. Cada planeta gira de modo que el radio vector de cualquier planeta barre áreas iguales en intervalos iguales de tiempo. Esto también se conoce como la ley de las áreas iguales.

Supongamos que un planeta tarda un día para viajar de puntos de A a B. Durante este tiempo, una línea imaginaria desde el Sol al planeta, formarán un área de aproximadamente triangular. Esta misma cantidad de área se formará cada día sin importar en que parte de su órbita se encuentre el planeta.

Como un planeta se desplaza en una órbita elíptica, su distancia al Sol varía. Como se cubren áreas iguales durante cualquier período de tiempo y como la distancia de un planeta en órbita alrededor de su estrella varía, se puede concluir que, para que el área que está siendo barrida permanezca constante, un planeta debe variar su velocidad. El significado físico de la ley es que el planeta se mueve más rápido cuando más cerca están del sol. Esto se debe a que la gravedad del sol acelera el planeta a medida que "cae" hacia el sol, y se desacelera en el camino de vuelta.

La eclíptica

La eclíptica es la trayectoria aparente del sol alrededor de la tierra. El plano de la eclíptica está inclinada hacia el ecuador en un ángulo de aproximadamente 23,5 grados. La inclinación del eje polar al plano de la eclíptica es la razón de las estaciones. Como consecuencia de la inclinación de la Tierra, a mitad del año (alrededor del 20 de marzo al 22 de septiembre) el hemisferio norte disfruta de más sol que el hemisferio sur, con el astro rey en su punto más alto en torno al 21 de junio. El otro medio año es el hemisferio sur el que tiene este honor de ver al Sol en su punto más alto alrededor del 21 de diciembre. Los dos momentos de la inclinación del eje de rotación de la Tierra donde se ven estos efectos máximos son los llamados solsticios.

Un solsticio es uno de los dos eventos del año, cuando el sol está en su mayor distancia del plano ecuatorial. El nombre se deriva del latín sol y sistere (detenerse), ya que en el solsticio, el Sol se detiene en declinación, es decir, que alcanza un máximo o un mínimo.

El solsticio de invierno o ocurre en pleno invierno alrededor del 21 de diciembre o el 22 de cada año en el hemisferio norte, y el 21 o 22 de junio en el hemisferio sur. Es el día más corto y la noche más larga del año, cuando el sol está en su mayor distancia del plano ecuatorial.

La esfera celeste es una esfera en rotación imaginario de "radio gigantesca", concéntrica y coaxial con la Tierra. 

Todos los objetos en el cielo pueden ser considerados como si estuviesen plasmados en esta bóveda celeste o esfera imaginaria. Con el fin de orientar las constelaciones, se suele proyectar desde sus equivalentes geográficos correspondientes, el ecuador celeste y los polos celestes. La proyección de la esfera celeste es una herramienta muy práctica para la astronomía posicional.

El ecuador celeste es un gran círculo en la esfera celeste imaginaria, que es en realidad el plano del ecuador terrestre extendió hacia el universo. Si un observador se encuentra en la tierra en el ecuador, entonces podrá ver el ecuador celeste que pasa justo por su vertical o por el cenit. A medida que el observador se dirige al norte (o sur) el ecuador celeste se inclina hacia el sur (o norte) en el horizonte. 

Debido a que el ecuador celeste se encuentra teóricamente a una distancia infinita (en la esfera celeste), independientemente de la posición del observador, este siempre verá el ecuador celeste como un semicírculo que termina en el horizonte, en dirección este/oeste de su posición actual. Los objetos celestes cercanos al ecuador celeste son visibles en todo el mundo, pero para cualquier observador se encuentran en su momento más alto en el cielo en los trópicos.

La declinación es la distancia angular de un cuerpo celeste al norte o al sur del ecuador celeste. Es una de las dos coordenadas del sistema de coordenadas ecuatorial, siendo el otro el ángulo de ascensión o la hora correcta. La declinación es comparable a la latitud, proyectada sobre la esfera celeste, y se mide en grados norte y sur del ecuador celeste. Por lo tanto, los puntos al norte del ecuador celeste tiene declinación positiva, mientras que los del sur tienen declinación negativa.

• Un objeto en el ecuador celeste tiene una declinación de 0º.
• Un objeto encima del polo norte tiene un declinación de + 90°.
• Un objeto sobre el polo sur tiene un declinación de -90°.

Hay que tener en cuenta que el signo debe ser siempre expresado incluso cuando este sea positivo.

Un objeto celeste que pasa por el cenit, tiene una declinación igual a la latitud del observador, en latitudes septentrionales la declinación toma valores positivos. Por lo tanto, la estrella polar tiene una declinación de + 90 ° o -90 °. Por el contrario, los objetos celestes con una declinación mayor de 90 ° -φ, donde φ es la latitud, son visibles todo el día sideral. Estas estrellas se llaman estrellas circumpolares, mientras que el fenómeno de no verse poner el sol se llama sol de medianoche (típico en los veranos en los países nórdicos).

Equinox (equinoccio) se deriva de la palabra latina aequus (igual) y nox (noche). Un equinoccio es el momento en que el Sol se puede observar directamente sobre el ecuador. El evento tiene lugar dos veces al año, en torno al 20 de marzo y el 23 de septiembre. El equinoccio sucede cuando el Sol se encuentra en uno de los dos puntos opuestos sobre la esfera celeste donde interseccionan el ecuador celeste y la eclíptica. Los equinoccios son los dos días del año cuando el centro del Sol pasa la misma cantidad de tiempo por encima y por debajo del horizonte en cada lugar de la Tierra.

El Trópico de Cáncer (cáncer en latín significa cangrejo), o trópico Norte es uno de los cinco grandes círculos de latitud que marcan los mapas de la Tierra. Es el paralelo de latitud que se encuentra actualmente 23 ° 26 '22 "al norte del Ecuador. Es la latitud norte más lejana en la que el sol puede aparecer directamente sobre nuestra cabeza (Zenit), lo cual ocurre en el solsticio de junio.

El Trópico de Capricornio o trópico Sur es uno de los cinco grandes círculos de latitud que marcan los mapas de la Tierra. Es el paralelo de latitud a los 23 ° 26 '21,48 "al sur de la línea del Ecuador, y es la latitud sur más lejana en la que el sol puede aparecer directamente sobre nuestra cabeza (Zenit), lo cual se producen en el solsticio de diciembre. Las latitudes al sur del Trópico de Capricornio están en la Zona Templada Austral. 

Zenit = El punto en el cielo verticalmente por encima de observador. En un planeta progrado como la Tierra, el día sideral es más corto que el día solar. A la hora 1, el sol y una cierta estrella distante están alineados. A la hora 2, el planeta ha girado 360 ° y la estrella distante se encuentra arriba (Zenit) de nuevo (1 → 2 = día sideral). Pero no es hasta un poco más tarde, a la hora 3, que el sol está por encima de nuevo (1 → 3 = un día solar).

Comprueba ahora tus conocimientos

Estas son algunas de las preguntas que podrían caerte en mis clases :)

Si la distancia de la Tierra al sol es una Unidad Astronómica (ua), ¿Cuántos km hay entre el Sol y Júpiter?

a) 3,26 x 5,2 años luz
b) Unos 780 millones
c) 1 pársec
d) 52 mil millones

¿Qué vemos cuando miramos Proxima Centauri?

a) Lo ocurrido hace 4,24 años luz
b) Una estrella más del fondo de estrellas estacionarias
c) La estrella más grande y luminosa de la Vía Láctea
d) Una estrella que dista 580 ua de la tierra


¿Cuál de las tres letras (A, B o C) es el Zenit?




a) A
b) B
c) C


¿Cuál es el periodo orbital de la tierra?

a) 365 y un cuarto de día cada año
b) 365 y medio cada año
c) 365 y tres cuartos de día cada año
d) 365 y cinco séptimos de día cada año

¿En que sentido gira la tierra?

a) en el de la flecha verde
b) en el de la flecha marrón

¿Cuáles son los cinco grandes círculos de latitud que marcan los mapas de la Tierra?

a) Los trópicos, el ecuador y los círculos árticos

b) el que pasa por Greenwich, su opuesto, los polos y el ecuador

c) 66,5° N, 66,5° S, 23,5° N, 23,5° S y 33°N

¿Qué es la Eclíptica?

a) La línea curva por donde «transcurre» la Tierra alrededor del Sol, en su «movimiento aparente» visto desde la Tierra.
b) El plano celestial del ecuador terrestre extendido indefinidamente

c) La inclinación de la tierra en el perihelio

d) El plano medio de la órbita de la Tierra alrededor de Proxima Centauri

¿Qué ocurre en el equinoccio?

a) El paralelo de declinación del Sol y el ecuador celeste coinciden
b) El alineamiento de la tierra con marte, venus y el sol

c) El sol se sitúa en el plano tropical de capricornio en invierno

d) Es el día más largo (o la noche más corta) del año