SEED Ciencia

Experimento: ¿Cuál es la Trayectoria del Sol?

Laboratorio 
Experimento: ¿Cuál es la Trayectoria del Sol?

En la actividad ¿Cuánto dura un día?, observamos que la duración de la luz diurna varía según el lugar de la Tierra. También vimos que la hora en que sale y se pone el Sol cambia a lo largo del año.

¿Cuánto dura un día?Observemos los horarios de salida y puesta del Sol del día más corto del año en el hemisferio norte, el 21 de diciembre. A unos 40 grados de latitud al norte del ecuador (cerca del Mar Mediterráneo, en la parte central de los Estados Unidos o en el Mar Amarillo, por ejemplo), el Sol saldría aproximadamente a las 7:40 a.m. y se pondría alrededor de las 4:55 p.m., lo que significa que para esa latitud, la duración de la luz diurna sería de 9 horas y 15 minutos.

Se podría pensar que este día tan corto se debe a que sol sale más tarde y se pone más temprano. Sin embargo, ¡qué sorpresa, no es así! El día en que el Sol sale más tarde es el 4 de enero, aproximadamente a las 7:43 a.m., y el día en que el Sol se pone más temprano es el 7 de diciembre, alrededor de las 4:52 p.m. ¿Cómo es posible?

Esta situación tan particular se debe a dos factores. Uno es la inclinación del eje de rotación de la Tierra. Otro es el hecho de que la órbita de la Tierra alrededor del Sol no es circular, sino ligeramente elíptica u ovalada. Estos dos factores en conjunto producen un desplazamiento de la trayectoria aparente del Sol en el transcurso del año y este desplazamiento causa la sorprendente situación que mencionamos al comienzo.

Si pudiéramos marcar la posición del Sol en el cielo todos los días a la misma hora, ¿cuál sería el resultado? Quizá pienses que el Sol aparecería todos los días a la misma hora y en el mismo lugar del cielo. Esto sería posible si la Tierra no tuviera inclinación y su órbita fuera un círculo perfecto. Pero sabemos que no es así. Observemos más detalladamente la inclinación del eje y la forma de la órbita.

 

Si observamos el Sol desde un lugar específico de la superficie terrestre a lo largo del año, notamos que la inclinación del eje de la Tierra cambia la altura aparente del Sol con respecto al horizonte. Como muestra este diagrama, si observamos el Sol desde algún punto del hemisferio norte, al mediodía está en su posición más baja en diciembre y en su posición más alta en junio.

En el hemisferio sur ocurre lo contrario. En el transcurso del año este movimiento vertical es bastante evidente en aquellos lugares que se encuentran a una latitud mínima de 20 grados al norte o al sur del ecuador.

 
sun_position1_es

Si observamos el Sol a la misma hora todos los días del año, vemos que la inclinación de la Tierra también afecta la posición horizontal del Sol. Primero, analicemos la trayectoria del Sol en el cielo en un día típico. Este diagrama muestra cómo se ve ese movimiento desde el hemisferio norte.

La rotación de la Tierra origina este movimiento aparente. En un día determinado, la posición de mediodía del Sol es el punto más alto que alcanza en el cielo.

 
sun_position2_es

La inclinación de la Tierra hace que el Sol alcance la posición de mediodía (es decir la posición más alta en el cielo en un día determinado) un rato antes o después de las 12:00 del mediodía (hora local) casi todos los días del año. Por ejemplo en el hemisferio norte, entre diciembre y marzo y entre junio y septiembre, el Sol llega a esa posición unos minutos antes del mediodía.

Esto significa que a las 12:00 el Sol todavía no habrá alcanzado la misma posición de mediodía del sol de junio o diciembre. El diagrama que sigue muestra las posiciones del Sol a las 12:00. De manera similar, entre marzo y junio y entre septiembre y diciembre, el Sol alcanza su punto más alto en el cielo después del mediodía (hora local).

Para que puedas ver con claridad los efectos mencionados, en este diagrama y en el que sigue se han exagerado las distancias horizontales. Aunque en el cielo real las distancias horizontales no son tan grandes, se pueden observar con facilidad. ¿Puedes trazar en este diagrama la trayectoria general del Sol en el transcurso de un año? ¿Cómo describirías la forma de la trayectoria?

 
sun_position3_es

La órbita del Sol es casi circular, pero tiene una forma lo suficientemente elíptica (ovalada) como para hacer que la velocidad orbital de la Tierra cambie en el transcurso del año. Este cambio de velocidad afecta la posición del Sol en el cielo. En enero la Tierra está más cerca del Sol. La velocidad orbital de la Tierra es mayor en el período de los meses de octubre a febrero que durante el resto del año.

Este aumento de velocidad hace que el Sol llegue a su posición de mediodía en el cielo más temprano en enero y más tarde en noviembre que si este horario se viera afectado solamente por la inclinación de la Tierra. Como la velocidad orbital de la Tierra disminuye durante la otra mitad del año, también se pueden observar efectos similares.

Este diagrama muestra con colores más claros las posiciones del Sol originadas exclusivamente por la inclinación. Las posiciones que aparecen en colores más oscuros reflejan tanto los efectos de la inclinación como los del cambio de velocidad debido a la forma de la órbita.

 
sun_position4_es

 

Analema solar

© copyright Anthony Ayiomamitis (inglés)

Es más fácil comprender los efectos de la inclinación y de la órbita ligeramente elíptica si observamos un gráfico. En el transcurso de un año, la ubicación aparente del Sol, visto todos los días desde el mismo lugar y a la misma hora, describe una trayectoria en el cielo que tiene forma de ocho. Esta trayectoria invisible recibe el nombre de analema. La altura del analema se debe a la inclinación de la Tierra y el ancho es el resultado tanto de la inclinación como de la naturaleza elíptica de la órbita de la Tierra.

En esta famosa fotografía que tomó Anthony Ayiomamitis, astrónomo aficionado de Atenas, Grecia, puedes ver la forma del analema. Con una cámara ubicada siempre en la misma posición, tomó una fotografía del Sol aproximadamente una vez por semana desde exactamente el mismo lugar y a la misma hora del día (en este caso, las 12:18) durante todo un año. Si hubiera tomado las fotografías más temprano, el analema habría estado inclinado hacia la izquierda.

En la parte superior de la fotografía aparecen las posiciones del Sol en el cielo en los meses de junio y julio, mientras que las posiciones de diciembre y enero aparecen en la parte inferior.

 

En conclusión

Los efectos combinados de la inclinación y la forma de la órbita producen el analema, que a su vez, nos ayuda a entender por qué el día en que el Sol se pone más temprano es a principios de diciembre y el día en que sale más tarde es a principios de enero. En el hemisferio norte, el analema de la mañana temprano (determinado al observar la posición del Sol a la misma hora todas las mañanas) está inclinado hacia la izquierda, mientras que el analema de las últimas horas de la tarde está inclinado hacia la derecha. Este sitio web de John Holtz (inglés) contiene diagramas detallados sobre la salida del Sol más tardía y la puesta más temprana. Como los diagramas están cerca del pie de la página web, para verlos tendrás que desplazarte hacia abajo con el mouse.

 

 

A propósito

Si vives en el hemisferio norte, quizá tengas curiosidad por saber por qué las temperaturas exteriores son más frías en diciembre y enero, época en que la Tierra está más cerca del Sol. A muchos le sorprende descubrir que el cambio de distancia entre la Tierra y el Sol no afecta demasiado la temperatura. La causa principal de estos cambios de temperatura es la inclinación de la Tierra. Para obtener más información, consulta el sitio web Ventanas al Universo (inglés).

¿Te gustaría descubrir cómo se ve el analema del lugar donde vives? No es difícil. En lugar de una cámara, puedes usar luz reflejada o sombras comunes. Como el proyecto dura un año, quizá sea más fácil trabajar en un lugar cerrado, según el clima de la zona donde vives. Si vives en un lugar donde no llueve ni nieva mucho puedes trabajar al aire libre. Te sugerimos que leas atentamente las instrucciones de ambos proyectos y luego decidas cuál es el método más apropiado para el clima y las condiciones del lugar donde vives.

Lee las instrucciones del Proyecto para realizar en un lugar cerrado y del Proyecto para realizar al aire libre y luego comienza a hacer el gráfico de tu analema.


¿Estás buscando más información?