La inclinación del eje de rotación terrestre y el fenómeno de las estaciones.

El eje de rotación de la Tierra está inclinado unos 23,5º aproximadamente con respecto al plano de la órbita que describe alrededor del Sol. Hemos visto que el eje de rotación de la Tierra parece siempre apuntar en la misma dirección, que coincide muy aproximadamente con la posición de la estrella polar hace el norte. ¿Por qué el eje de la Tierra apunta siempre en la misma dirección?. La respuesta es porque se comporta como un giróscopo. Un giróscopo no es más que un objeto sólido en rotación. Los giróscopos tienen tendencia a mantener la dirección del eje de rotación en una posición fija. El lector puede comprobar esto con facilidad si coge una rueda de bicicleta que tenga un eje sobre el que se pueda girar y pone ésta a rotar con rapidez. Después de que está rotando, intentar cambiar la dirección del eje se hace difícil (por eso es posible mantener el equilibrio en una bicicleta). Otro ejemplo de giróscopo es un trompo que gira en el suelo. ¡Pero un momento! ; si nos fijamos en un trompo que gira, su eje no se mantiene en una dirección fija, sino que parece describir un cono suavemente alrededor de la línea vertical; ¿cómo es esto?. La razón de es un poco compleja. El asunto es que el trompo tiene una tendencia a mantener su eje de rotación, y una tendencia a caer por efecto de la gravedad. La forma en que estas dos tendencias pueden convivir juntas para crear una situación es un movimiento del eje de rotación alrededor de la línea vertical, al que se conoce como precesión. Con la Tierra debería de pasar lo mismo, puesto que la gravedad solar tira del eje de rotación de la Tierra y éste debería preceder. Pero efectivamente precede y esto fue descubierto mucho tiempo atrás por el astrónomo griego Hipparcos (160-125 a.C.) al descubrir un fenómeno que se conoce como precesión de los equinoccios. Pero vayamos más despacio.

Figura 18. Explicación del efecto de preseción del eje de giro terrestre. Este es debido a que la Tierra se comporta como un trompo que está sometido a la fuerza de atracción solar, por lo que el eje de rotación que actualmente apunta hacia la estrella Polar, describe un círculo alrededor de la perpendicular al plano de la eclíptica (plano de la órbita terrestre) en un periodo de 26000 años.

Investiguemos primero lo que ocurriría si el eje de la Tierra fuera perpendicular al plano de su órbita alrededor del Sol

Figura 19. Representación de la inclinación solar para una latitud dada en el caso de que el eje de la Tierra fuera exactamente perpendicular al plano de la eclíptica

En la figura 19 podemos ver claramente que el sol giraría en el cielo a una distancia del cenit (punto sobre nuestras cabezas) exactamente igual a la latitud del lugar. Eso significa que en el ecuador giraría de tal manera que en su punto más alto (mediodía solar) estaría justo sobre la vertical del lugar, o dicho de otra manera, en ese momento ningún objeto vertical proyectaría sombra alguna. A medida que nos movemos hacia uno de los polos, en el mediodía solar el sol se encontrará más bajo en una cantidad exactamente igual a la latitud del lugar. En los polos el sol estaría justo al nivel del horizonte. El día y la noche durarían siempre doce horas y todos los días del año serían una perfecta repetición del anterior, en cuanto al movimiento solar se refiere. Variemos ahora el ángulo del eje de rotación y hagamos que este apunte siempre en la misma dirección, con respecto a las estrellas.

Figura 20. Inclinación del eje de la Tierra en cuatro puntos de la órbita.

En la figura 20, podemos observar como ahora el Sol sólo aparece justo en el cenit del ecuador en el mediodía de los equinoccios (alrededor del 21 de marzo y el 23 de septiembre) y que sube 23,5º por encima del cenit del ecuador en el solsticio de verano (alrededor del 21 de junio) y baja la misma cantidad hacia el sur en el solsticio de invierno (alrededor del 20 de diciembre). ¿Qué ocurre en los polos?. En el polo norte, el día del equinoccio de primavera, el sol girará justo sobre el horizonte, y a medida el ángulo entre el eje de rotación y los rayos solares de va haciendo menor, el sol se mantendrá por encima del horizonte durante todo el día hasta que en el día 21 de junio alcanza una altura máxima sobre el horizonte de 23,5º, empezando a disminuir nuevamente hasta que se vuelve a esconder por el horizonte en el equinoccio de invierno. El resultado conocido por todos es que en los polos hay un periodo de seis meses donde no se pone nunca el sol, y un periodo equivalente donde el sol nunca sale y es de noche continuamente. ¿Qué ocurre en una latitud intermedia?. Bueno, no le voy a decir nada nuevo al lector, pues éste sabe muy bien que la duración del día cambia a lo largo del año. Tiene usted ahí una explicación para las estaciones.

Y todo es el resultado de que la Tierra se comporta como un giróscopo cuyo eje de rotación esta inclinado unos 23,5º con respecto al plano de la eclíptica (plano que define la órbita de la Tierra alrededor del sol). Hiparcos descubrió que la posición del sol respecto a las estrellas en el momento del equinoccio de primavera (conocido como punto Aries) varía con los años, de tal forma que en un periodo de 26,000 años el sol retorna a la misma posición original. Eso significa que aunque actualmente la dirección del eje coincide muy aproximadamente con la dirección de la estrella polar hacia el norte, esto no ha sido siempre así, ni lo seguirá siendo. Pero una vida humana no es, desgraciadamente, lo suficiente larga para apreciar el fenómeno. Pero si nos vamos al pasado, por ejemplo, sabemos que los vikingos usaban en sus estimaciones para la navegación otra estrella distinta de la polar.

Copyright 1996-2004 Pedro J. Hernández