ASTRONOMÍA POSICIONAL

1.INTRODUCCIÓN

Un observador situado en cualquier lugar de la superficie terrestre ve el cielo como si se tratara de una esfera inmensa, y tiene la sensación de ocupar su centro. Esta superficie esférica aparente recibe el nombre de esfera celeste. El aspecto de la esfera celeste cambia según se la observe durante el día o la noche. Aunque, a pesar de ello, siempre tenemos media esfera celeste por encima de nosotros, sea de día o de noche.

Existe entonces, un plano que divide la esfera celeste en dos partes iguales, este se conoce como plano de horizonte.

Cualquier posición sobre la superficie de la Tierra se puede determinar con dos coordenadas esféricas, donde se precisará de una tercera si fuese necesario situarnos dentro o fuera de la superficie de la esfera.

La Tierra gira de oeste a este alrededor de un eje que, en primera aproximación, pasa por el centro del planeta y emerge por los polos norte y sur. El plano perpendicular a este eje y que corta la Tierra pasando por su centro se denomina plano ecuatorial. La intersección del plano ecuatorial con la superficie terrestre determina un círculo conocido como ecuador terrestre. El ecuador divide la Tierra en dos hemisferios, el norte o boreal y el sur o austral. Al cortar la Tierra mediante planos paralelos al ecuatorial se obtienen unos círculos menores paralelos al ecuador terrestre, llamados paralelos terrestres. Los círculos trazados sobre la Tierra que pasan por ambos polos, todos ellos perpendiculares al ecuador, constituyen los meridianos terrestres.

La latitud Φ de un punto es el ángulo (medido a lo largo del meridiano que pasa por ese punto) que tiene como vértice el centro de la Tierra y que va desde el ecuador hasta el punto considerado. La latitud se mide en grados y adopta valores desde 0º (ecuador) hasta +90º (polo norte) en el hemisferio boreal, y desde 0º (ecuador) hasta -90º (polo sur) en el hemisferio austral. A veces, en lugar de emplear el signo positivo para el norte y el negativo para el sur, se usan las letras N y S tras el valor numérico de la latitud.

Para determinar unívocamente la posición de un punto sobre la superficie terrestre se precisa otro ángulo coordenado. Para ello definiremos un meridiano de origen. para este fin el meridiano que pasa por el Observatorio Real de Greenwich, cerca de Londres (meridiano de Greenwich).La longitud l de un lugar es el ángulo que media entre el meridiano de origen y el meridiano que pasa por el sitio en cuestión. Suele medirse en grados, y por el camino más corto entre el meridiano de origen y el meridiano del lugar. Por tanto, adopta valores desde 0º en el meridiano de Greenwich, hasta 180º, y hay que especificar si se ha medido hacia el este o hacia el oeste.

En este tema vamos a intentar describir distintos tipos de coordenadas, que siempre van descritas por una altitud y una longitud, pero según distintos sistemas de referencia.

2 SISTEMA DE COORDENADAS HORIZONTALES.

Consideremos un observador sobre la superficie de la Tierra, e imaginemos la dirección marcada en ese lugar por la fuerza de la gravedad. Pues bien, esa dirección se define como vertical del lugar. En el sistema de coordenadas horizontales se adopta como plano de referencia el plano perpendicular a la vertical que pasa por el observador, y recibe el nombre de plano del horizonte. Este plano corta la esfera celeste en un círculo máximo llamado horizonte astronómico.

De los dos puntos en que la vertical del lugar intersecta la esfera celeste, se denomina cenit (z) al situado por encima del horizonte, y nadir al situado por debajo (y, por tanto, invisible) (coincidente con el cenit de las antípodas).

Los paralelos y meridianos terrestres tienen su proyección sobre la esfera celeste. Estas proyecciones corresponden a los paralelos y meridianos celestes. El meridiano celeste que pasa por el cenit y que une los polos norte y sur se denomina meridiano del lugar. Su proyección sobre el plano del horizonte determina la dirección norte-sur y se le llama línea meridiana.

En un momento cualquiera, la posición de este un astro sobre la esfera celeste queda determinada por dos coordenadas:

– Altura h: ángulo entre el horizonte y la posición del astro, medido sobre el círculo vertical que pasa por el astro. Esta altura puede variar entre -90º y 90º .La altura será negativa cuando el astro se halle bajo el horizonte, y positiva cuando esté por encima.

– Acimut a: El círculo vertical que pasa por el astro corta el horizonte en dos puntos. El acimut corresponde al ángulo, medido sobre el horizonte, desde el sur y en dirección oeste hasta llegar al punto de los dos anteriores más próximo al astro. El acimut puede variar entre 0º y 360º.

3. SISTEMA DE COORDENADAS ECUATORIALES. 

La proyección del ecuador terrestre sobre la esfera celeste se denomina ecuador celeste. El plano que contiene el ecuador celeste, el plano ecuatorial, es perpendicular al eje del mundo y se adopta como plano de referencia del sistema de coordenadas ecuatoriales. El ecuador celeste divide la esfera celeste en dos mitades, una situada al norte y otra al sur, que reciben los nombres de hemisferio celeste boreal o norte y hemisferio celeste austral o sur.

La distancia angular que separa un astro dado del ecuador celeste es constante. Este ángulo no se ve afectado por la rotación de la Tierra y, por tanto, puede utilizarse para describir la posición del astro sobre el cielo. Se define, pues, este ángulo como: 

– Declinación δ: ángulo entre el ecuador celeste y la posición de un astro, medido a lo largo del meridiano celeste que pasa por el astro. Este ángulo varía entre 0º y 90º en el hemisferio celeste boreal, y entre 0º y -90º en el hemisferio austral.

Pero se necesitan dos coordenadas para determinar la posición de un astro sobre la esfera celeste. La segunda coordenada puede definirse a partir de un meridiano celeste particular tomado como origen. Por motivos que se explican más adelante, se adopta como referencia el meridiano que pasa por el punto vernal, también llamado primer punto de Aries o, simplemente, punto Aries, representado como γ, y que yace sobre el ecuador celeste. Así, la segunda coordenada se define como: 

– Ascensión recta α: ángulo medido hacia el este a lo largo del ecuador celeste, desde el punto vernal hasta el meridiano celeste que pasa por el astro. La ascensión recta se mide de 0 a 24 horas.

Sin embargo, no es fácil saber donde se encuentra γ, por lo que no se puede utilizar la ascensión recta para determinar la posición de un astro, ya que γ constituye el origen para la medida de este ángulo.

Dado que el meridiano del lugar queda bien definido por la vertical y la dirección norte-sur, lo utilizaremos para establecer una coordenada local auxiliar que nos facilite la medida de α. Este se define como:

–Ángulo horario H: ángulo medido sobre el ecuador celeste, hacia el oeste, a partir del meridiano del lugar hasta el meridiano que pasa por el astro. Este ángulo H no es constante, sino que varía con el movimiento diurno.

El ángulo horario del punto vernal recibe el nombre de tiempo sidéreo o, también, hora sidérea y se le asigna la letra Θ. Es fácil deducir de la imagen dada anteriormente que:

Θ=H+α

Los ángulos Θ y H varían debido a la rotación diurna y, por ello es costumbre expresarlos en unidades de tiempo en lugar de en unidades angulares. Y como α está relacionada con estos dos ángulos a través de la ecuación vista antes, también se mide en horas. De esta manera, podemos escribir la siguiente tabla que nos relaciona los tiempos de giro de la esfera celeste con el ángulo girado en ese tiempo:

4. SISTEMA DE COORDENADAS ECLÍPTICAS

La tierra, aparte de girar en torno a su eje de rotación, también lo hace alrededor del Sol con un periodo de un año. El plano que contiene la órbita de la tierra se llama plano de la eclíptica. La intersección de este plano con la esfera celeste es la eclíptica, que corresponde con el camino recorrido por el Sol en la esfera celeste a lo largo de su movimiento anual aparente: el Sol da una vuelta a la eclíptica en un año. El ángulo entre el plano del ecuador, y la eclíptica se denomina oblicuidad eclíptica y vale ε=23h26'29'' .

En cada posición de la tierra en su órbita, el Sol alcanza una altura diferente sobre el horizonte a mediodía (cruza el meridiano local) De manera que tenemos 4 puntos distintos de posición, los cuales se pueden observar en la siguiente imagen. Estos puntos corresponden a:

Punto Capricornio τ: Marca el lugar de la eclíptica más alejado del ecuador celeste, en el hemisferio austral (1)

Punto Aries γ: Corresponde al punto de cruce entre el ecuador celeste y la eclíptica, en el cual el Sol pasa del hemisferio celeste austral al boreal. (2)

Punto Cáncer γγ: Señala el lugar de máxima separación angular desde el ecuador celeste y la eclíptica en el hemisferio celeste boreal. (3)

Punto Libra Ω: Corresponde al punto de cruce entre el ecuador celeste y la eclíptica, en el cual el Sol pasa del hemisferio celeste boreal al austral. γ (4)

Podemos definir también un sistema de coordenadas que tome como referencia el plano de la eclíptica y, como origen, una dirección sobre este plano. Resultan así dos coordenadas eclípticas:

-Latitud eclíptica β: Es la distancia angular medida desde la eclíptica y a lo largo de un círculo máximo que pase por el polo de la eclíptica y el astro. Adopta valores entre  0º y +90º hacia el polo norte de la eclípitca, y entre 0º y -90º hacia el polo sur de la eclíptica.

-Longitud eclíptica λ: Es el ángulo entre el primer punto de Aries y el círculo máximo que pasa por el polo de la eclíptica y el astro. Se miede hacia el este y a lo largo de la eclíptica.