La Tierra y el Sol

El día y la noche: inclinación del eje de la Tierra

Una vez conocido el sistema de posicionamiento de un punto sobre la superficie de la Tierra, podemos estudiar cómo aparecen los distintos fenómenos astronómicos en el planeta.

El primer problema que abordaremos será el del día y la noche. Para ello vamos a recordar algunas observaciones de conocimiento general. En lo que sigue vamos a suponer que nos encontramos en el hemisferio norte, en un punto de latitud cercano a los 40 º.

Desde la antigüedad se sabe que el punto por el que sale el Sol en el horizonte varía con la época del año. Esta observación sólo se puede llevar a cabo en lugares cuyo horizonte tenga referencias, como montañas o edificios, por lo cual los pobladores de los desiertos se fijaron preferentemente en la Luna y construyeron calendarios lunares. Pero en el resto de los zonas, sobre todo las dedicadas a la agricultura, se tomó el Sol como base de los calendarios.

Igualmente desde la antigüedad se sabe que las horas de luz y de oscuridad en que se divide un día varían a lo largo del año, con días cortos en invierno y largos en verano. Cuando los días son más largos el Sol está más alto en el cielo y, cuando los días son más cortos, el camino del Sol es más corto.

Además, desde los primeros viajes a otros continentes situados en el hemisferio Sur se sabe que las estaciones no son las mismas. Cuando en el hemisferio Norte es verano en el Sur es invierno, y viceversa.

Para seguir la evolución del año solar las distintas comunidades construyeron observatorios desde donde se podía fijar la evolución del año por el punto de salida del Sol.

Vamos a explicar estas observaciones dentro del paradigma del modelo de Kepler. Como se recordará se trata de un sistema heliocéntrico con órbitas elípticas que siguen las leyes que enunció Kepler y a las distancias correctas del Sol (fijadas por la tercera ley) que las relaciona con los periodos de revolución alrededor del Sol.

Modelo del Sistema Solar

Veamos cómo explicamos, dentro de nuestro modelo de Sistema Solar que expondremos a continuación, la existencia del día y la noche, así como las demás observaciones que hemos apuntado.

Un primer intento de modelo podría consistir simplemente en hacer rotar la Tierra sobre un eje perpendicular al plano de la órbita de la Tierra en torno al Sol (también llamado plano de la eclíptica), una vuelta cada 24 horas. Este modelo explica la alternancia entre los días y las noches, pero no explica la diferente duración de ambos en función de las estaciones. Con él todos los días serían exactamente iguales, a lo largo de la órbita de la Tierra en torno al Sol (recorrido de un año de duración). Además veríamos salir el Sol por el mismo punto del horizonte durante todo el año. Debemos, pues, modificar el modelo.

Inclinación del eje terrestre

Una posible modificación de nuestro modelo sería la de inclinar el eje de giro de la Tierra respecto al plano de la eclíptica, como indica la figura.

De esta manera, si se mantiene fija la dirección del eje de giro, la duración del día y de la noche no tienen que ser iguales, sino que cambian a lo largo del año.

El resultado del giro de la Tierra en torno al Sol, conservando el eje en la misma dirección a lo largo de todo el recorrido por la órbita, se refleja en la siguiente animación. Como puede verse, coincide exactamente con los hechos observados. La duración del día y la noche varía también con la latitud del lugar de la Tierra en el que nos encontremos.

Además, en el punto de la órbita que se representa en dicha animación puede verse que en el polo norte es de noche mientras que en el polo sur es de día, a pesar del giro de la Tierra. Esta situación corresponde al invierno en el hemisferio norte y al verano en el hemisferio sur.

Pero, ¿cómo se puede determinar la inclinación del eje?La forma más sencilla consiste en medir el ángulo que forma el eje de la Tierra con la dirección al Sol en verano y en invierno. La diferencia entre estos dos ángulos es el doble del ángulo de inclinación del eje de la Tierra. Su valor es de 23,5º.

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