Cinemática del Planeta Tierra

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Ciencias Terrestres
Cinemática del Planeta Tierra
La cinemática terrestre estudia los variados movimientos del planeta Tierra en el espacio. Hay
cuatro movimientos principales:
• Traslación alrededor del Sol.
• Rotación sobre su eje polar.
• Inclinación y Precesión del eje polar.
• Rotación del Sistema Tierra-Luna alrededor del baricentro.
Todos ellos son movimientos cíclicos que mantienen un ritmo en los procesos del Sistema
Terrestre. Toda la biosfera está sincronizada en respuesta a éstos ciclos. El Ser Humano envuelto
en la rutina diaria se olvida de que el ritmo de su existencia en gran medida depende del
movimiento de la Tierra en el espacio. En la antigüedad las culturas crearon diversos calendarios
basados en los movimientos aparentes de los astros a través de la bóveda celeste. En el mundo
moderno los calendarios están basados en estándares civiles y esa conexión entre tiempo y
movimiento ya no es obvia. En la siguiente lectura le damos un vistazo a los primeros tres de
éstos movimientos y su impacto sobre el Sistema Terrestre.
Traslación de la Tierra alrededor del Sol
Aproximadamente llevamos 4,500,000,000 revoluciones alrededor del Sol. La misma edad de
la Tierra. Es inevitable, debido a que la masa del Sol es 333,333 veces la masa de todo el planeta
Tierra. Esa masa es responsable de hacer una curvatura en el espacio-tiempo lo suficiente para
contrarrestar la tendencia de la Tierra de permanecer en movimiento rectilíneo y por lo tanto
mantiene a la Tierra atrapada en una órbita elíptica. Una órbita elíptica de muy poca
excentricidad (e = 0.017) y donde el Sol está localizado en uno de los focos del elipse. En
general, las órbitas de todos los planetas se asemejan a círculos. En el modelo Copernicano del
Sistema Solar las órbitas eran círculos. En el siglo XVI un astrónomo con mucha tenacidad y no
conforme con sus cálculos previos, descubre que las órbitas son elipses. Además, Johannes
Kepler determinó la relación entre el tamaño del eje semi-mayor del elipse y el periodo orbital
del Planeta. También que los planetas cuando se acercan al Sol se trasladan con mayor rapidez
que cuando están más alejados. Por lo tanto, nuestro viaje alrededor del Sol no es monótono sino
que tiene sus altas y bajas (velocidades). El periodo orbital sideral (relativo a las estrellas de
fondo) de la Tierra es de 365.26 días. Nuestro año civil de 365 días se fundamenta en ese
periodo orbital. Pero cada cuatro años nos acordamos que es sólo una aproximación. En el año
bisiesto ajustamos a 366 días, por los cuartos de día (0.26 días) que obviamos año tras año.
La distancia más corta y la más lejana que separa a un planeta del Sol, se conoce como perihelio
y afelio, respectivamente. La diferencia entre el afelio y el perihelio es relativamente pequeña:
1.017 AU - 0.983 AU = 0.034 AU, o sea que nos encontramos más o menos a una distancia
similar durante toda la traslación alrededor del Sol. A una Unidad Astronómica (1 AU) del Sol la
fase líquida del agua es posible sobre la superficie de nuestro planeta. Yo diría que ésa es la
consecuencia más importante del movimiento de traslación alrededor del Sol. Es decir, la órbita
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terrestre permite que exista una hidrosfera y por lo tanto el desarrollo de una biosfera. Yo como
soy parte de esa biosfera debo al menos dedicar un poco de tiempo en observar ese movimiento.
Movimiento que no es obvio a la vista y por eso le tomó miles de años al ser humano detectarlo.
Por mucho tiempo se tomó por cierto que la Tierra era el centro del Sistema Solar y que el Sol
era el que orbitaba alrededor de la Tierra. Gracias a Copérnico y Kepler sabemos que ya no es
así. El paso anual del Sol atravesando las constelaciones zodiacales ya había sido registrado
desde hace milenios. Pero la interpretación de ese movimiento cambia a partir de Kepler, el Sol
está inmóvil respecto a las estrellas de fondo, es la Tierra la que se mueve, así se traduce
literalmente en un cambio de punto de vista. Por ejemplo si estamos en el interior de una guagua
escolar estacionada y paralelamente hay otra guagua estacionada. Imaginemos que esa segunda
guagua da marcha atrás, y nos toma por sorpresa, tendremos la impresión que nuestra guagua
esta dando marcha hacia el frente y nos agarraríamos del asiento. Hemos sido engañados por el
movimiento relativo. Asimismo la humanidad estuvo engañada con el movimiento del Sol a lo
largo de la bóveda celeste por miles de años.
Rotación sobre su eje polar
El eje polar es un eje imaginario que atraviesa ambos polos geográficos. Si extendemos el eje,
atravesando el Polo Norte Geográfico (PNG), hasta la bóveda celeste apuntará hacia la estrella
Polaris. No pasa exactamente por la estrella pero si lo suficientemente cerca para ser un punto de
referencia en la navegación. Si nos paramos mirando hacia el Norte y extendemos nuestro brazo
con la mano cerrada, colocando la base del puño sobre el horizonte y colocando un segundo
puño encima del anterior, entonces veremos a Polaris asomándose arriba del segundo. Cada
puño equivale a diez grados de altitud o sea que dos puños se acercan al valor de 18.5°, que es la
altitud de esa estrella sobre nuestro horizonte. No es casualidad que la altitud de Polaris sea igual
a la latitud de la costa norte de Puerto Rico. Si estuviéramos en el PNG (latitud 90°N), la altitud
de Polaris sería 90°; a lo largo del ecuador (latitud 0°) no la podemos ver porque estaría en el
horizonte y la combinación de la absorción de la luz y turbulencia atmosférica no permitirían
verla. Si observamos durante toda una noche a Polaris vemos que la estrella se mantiene estática,
a diferencia del resto de las estrellas que parecen girar al unísono alrededor de Polaris en la
dirección contraria a las manecillas del reloj. Además, las estrellas que pasan sobre nuestra
cabeza se mueven de Este a Oeste. No obstante, no es la bóveda celeste la que se está moviendo,
sino que es la Tierra en dirección contraria, o sea de Oeste a Este. El periodo de rotación de la
Tierra respecto a las estrellas (sidéreo) se le conoce como el periodo sideral de la Tierra. El día
sideral consiste de 23h 56m 4.1s. Algunas consecuencias de la rotación sobre su eje polar son:
 Consecuencias importantes:
o La rotación de la Tierra hace que el Sol y la Luna crucen el cielo de este a oeste
todos los días.
o Es la razón de que existan ciclos diurno y semidiurno en el Sistema Terrestre.
 el día y la noche
 cambios en la presión barométrica, brisa marina y convección de la masa
de aire.
 la marea diurna y semidiurna.
 el ciclo circadiano de los organismos vivos.
o El segundo, el minuto, la hora y el día civil son intervalos de tiempo
fundamentados en la rotación terrestre.
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Consecuencias menos importantes:
o La rotación de la Tierra hace que los objetos celestes crucen el cielo de este a
oeste todos los días.
o El Efecto o Fuerza de Coriolis que actúa sobre la dinámica de los fluidos
geofísicos.
Inclinación y precesión del eje polar
Las órbitas de los planetas alrededor del Sol se suscriben a un mismo plano, al plano de la
eclíptica. Esto es una consecuencia del aplanamiento de la nébula original de la cual se formó el
Sistema Solar. Al aumentar su velocidad de rotación, se estira, se comprime y por ende aumenta
su momento angular. Similar a cuando se estira la masa de una pizza al darle vueltas en el aire.
Desde la Tierra es fácil describir la posición de nuestro plano orbital respecto a las estrellas. Solo
basta con trazar el paso del Sol a lo largo de las constelaciones durante un año. A ese camino
trazado por el Sol se le conoce como la eclíptica. Desde la Tierra todos los planetas aparentan
seguir ese mismo sendero. Cuando observamos la eclíptica estamos viendo el plano de canto ya
que estamos posicionados dentro de éste. Imaginemos una línea perpendicular a ese plano,
respecto a esa línea el eje polar terrestre hace 23.5 grados (vea Figura 1). Esto quiere decir que la
Tierra está inclinada mientras se mueve en el espacio. Esta inclinación sumada a la traslación
alrededor del Sol es responsable de las estaciones (Favor de leer la sección titulada: Las
Estaciones del año del libro el Mundo Físico.). Cuando el eje polar inclinado es extendido hacia
el espacio encontramos que apunta hacia la estrella Polaris. Pero no siempre apunta al mismo
lugar, dentro de 12,000 años apuntará hacia la estrella Vega (vea Figura 2). El eje se desplaza
lentamente y completa un giro en 26,000 años. Este movimiento se conoce como precesión,
movimiento similar al bamboleo de un trompo. A medida que el eje polar bambolea, la posición
de los puntos de intersección (nodos) de la eclíptica y del ecuador celeste se desplazan hacia el
Oeste. A este fenómeno se le conoce como la precesión de los equinoccios y ocurren a una razón
de 46 segundos de arco por año. Es un movimiento pequeño pero a lo largo de miles de años
tiene consecuencias tales como:
1. La definición del día y del año está sujeta a esos cambios.
2. Cambia la posición de las estrellas que un observador considera circumpolares.
3. Afecta los sistemas de coordenadas de las estrellas. Regularmente hay que reajustar el
sistema de coordenadas estelares a la época.
4. Se considera uno entre otros factores en provocar las eras glaciales que ocurren
aproximadamente cada 100,000 años.
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Polaris
23.5°
N
90°
Plano de
la eclíptica
Ecuador
S
Figura 1. El eje polar apunta hacia la estrella Polaris. Entre el eje polar y
una línea perpendicular al plano de la eclíptica hay 23.5°.
Polaris
N
Vega
Ecuador
S
Figura 2. Se muestra la elipse de precesión que traza el eje polar en 26,000
años. Dentro de 12,000 años el eje polar apuntará a la estrella Vega.
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