Astronomía de posición : LA CIRCUMPOLARIDAD Y EL MOVIMIENTO DIURNO

En Astronomía de posición, la latitud del lugar de observación y el efecto del movimiento de rotación terrestre (movimiento diurno) crean dos regiones del cielo con especiales características, se tratan de las regiones circumpolares.

 Si un observador estuviese situado sobre el polo norte, observaría que la estrella Polaris estaría situada en lo alto de su cabeza (A ese punto de observación se le denomina Cénit o Zénit), el ecuador celeste que coincide con el ecuador geográfico, a su vez, estaría en el mismo horizonte.

Debido al movimiento diurno, todas las estrellas "giran" de este hacia el oeste (al contrario que el sentido de rotación del planeta) y todas lo hacen en torno a Polaris.

La situación más extrema es vivir cerca del polo (bien sea N o S), porque durante todas las noches del año, siempre se verán las mismas estrellas y por lo tanto, las mismas constelaciones.

Por otro lado, nuestro propio planeta no nos permitirá nunca contemplar la otra parte del cielo, porque esas estrellas se encuentran siempre bajo el horizonte.

En esta fotografía fíja, realizada en un lugar espectacular como es el Gran Cañón del Colorado (EE.UU.) podemos observar la "estela" que ha dejado huella durante horas en la exposición fotográfica, se tratan de estrellas que "giran aparentemente" sobre un punto muy cercano a la estrella Polaris (a menos de un grado), de hecho, si observáis en el punto de fuga, Polaris es el semiarco situado a la izquierda y de mayor grosor, parece como una especie de ganchito.

Este efecto ilusorio es posible percibirlo cuando se viaja en tren y estamos en una estación completamente parados, si no existe una aceleración acusada, el tren al comenzar a desplazarse lentamente sobre las vías, observamos y nos da una cierta sensación vertigionosa porque parece como si los demás se moviesen y nosotros estuviésemos quietos.

EL CIELO CIRCUMPOLAR: Defino como cielo circumpolar a la región que apunta o bien al polo norte o bien al polo sur geográficos (Se denominarían BOREAL y AUSTRAL respectivamente).

En dicha región, el movimiento diurno hace que las estrellas contenidas en esa área nunca se pongan y permanezcan siempre confinadas, girando aparentemente en torno a la estrella Polar (CCB - Cielo circumpolar Boreal) o a un punto de la constelación del Octante  (CCA - Cielo circumpolar Austral).

En el diagrama, puede observarse cómo el carro de la Osa discurre a lo largo de las horas de la noche y de los meses del año, desde una latitud superior al Círculo Polar Ártico: Islandia, Norte de Alaska, Innuitland -Canadá Ártico-, Groenlandia, Siberia Ártica, Laponia, Carelia, Nueva Zembla, etc.


Extraordinario atlas fotográfico expuestos hora a hora del famoso sol de medianoche.
Es visible en el solsticio de verano desde Nordkapp (Cabo Norte) en Noruega.

En latitudes septentrionales superiores a la latitud del círculo polar ártico o inferiores a la latitud del círculo polar antártico, el Sol es una estrella  "prácticamente circumpolar" ya que puede llegar a permanecer en el cielo hasta seis meses seguidos, de ahí que el día polar dure seis meses, y la noche, los otros seis.

EL MOVIMIENTO DIURNO. Se define como movimiento diurno al efecto que tiene la bóveda celeste como consecuencia de la rotación del planeta, cuando se mira a uno de los polos (es indistinto) en una fotografía a obturador abierto, las estrellas forman arcos de luz, es por su desplazamiento aparente en torno al polo celeste. El eje del mundo atraviesa de forma imaginaria el polo celeste y el movimiento es contrario al de las agujas del reloj. Lo que hace que nuestro planeta esté girando desde el oeste hacia el este.

ASÍ EL CIELO CIRCUMPOLAR, es la región del cielo donde las estrellas están confinadas a perpetuidad, sea cual sea la hora y la época del año, siempre estarán visibles.
A medida que una estrella se encuentra a mayor distancia angular del polo, los arcos son mayores.

Si el movimiento diurno se realiza en 24 horas, al dividir 360 grados entre 24 obtenemos que cada hora, el movimiento es de 15º aproximadamente, porque en realidad, el movimiento diurno se realiza en 23 h 56 min, más exactamente, pasándolo a incomplejo, 56 : 60 = 0.93 h, luego serán 23.93 horas, si dividimos 360 entre 23.93, obtendremos: 15.04387798 grados, que en incomplejo será: 0.04387798 x 60 = 2.632678 " ; 0.632678 x 60 = 37.9607 ". Ahora llega el momento de realizar los redondeos. Los segundos son prácticamente de 37.96, 38". Los minutos se quedan en 2' debido a que la parte decimal la hemos pasado a segundos de arco.

Así, el movimiento diurno horario es 15º 2' 38"

En una hora, la Tierra ha girado 15º de arco, si medís con un transportador de ángulos los arcos de la fotografía, podéis averiguar el tiempo de exposición de la misma ¿Alguien quiere hacerlo?

DETERMINACIÓN
DEL CIELO CIRCUMPOLAR DE UN LUGAR a través de una herramienta aritmética sencilla.

Los marineros de antaño observando la altura de la estrella polar sobre el horizonte, podían conocer la latitud del lugar donde se encontraban.

La altura de un astro respecto al horizonte, es el ángulo en el que éste aparece. Teniendo en cuenta que hay 90º entre el horizonte y el cénit (o zénit) (Z), podemos ir deduciendo a ojo de buen cubero, más o menos, qué ángulo hay, y si no, pues utilizar algún tipo de artilugio, bien fabricado por nosotros mismos o tomando alguno de precisión como un sextante.

Vivo en Málaga, una ciudad a orillas del Mar Mediterráneo occidental, la quinta ciudad más importante de España y la segunda de Andalucía.

LATITUD GEOGRÁFICA de un lugar es el siguiente, debido a que la Tierra es como una esfera, un punto situado en su superficie tiene un ángulo respecto al centro geométrico, que puede ser positivo si está por encima del ecuador o negativo si está por debajo. El ángulo puede variar entre 0 y 90.

Lo que para un punto geográfico es la latitud, para una estrella es la DECLINACIÓN (que no debéis confundir con la altura), tomando la proyección del ecuador terrestre hacia el infinito en el cielo, obtenemos el ecuador celeste, de igual manera, los paralelos pueden ser proyectados, de tal forma que un astro puede estar por encima o por debajo del ecuador celeste. De esta forma, la esfera celeste queda dividida en dos hemisferios: Boreal y Austral, que al igual que en la Tierra, son los hemisferios Norte y Sur respectivamente. 

Desde mi ciudad, voy a determinar la latitud a través de una medición de la altura de la estrella Polaris (alfa ursae minoris), para ello, tomo un medidor mural de ángulos, utilicé para ello, la pared de la casa de mi abuela, desde donde realizaba marcas a lápiz con un listón de madera y un transportador de ángulos.

Estuve durante todo un año haciendo las mediciones, ya que la estrella Polaris no es el punto exacto del norte celeste, sino que gira en torno al mismo a menos de un grado de distancia,  y era necesario corregir este dato, calculé una media ponderada de todas ellas, llegando a ser el siguiente ángulo: φ = 53º 16' 48"

El ángulo complementario de φ es la latitud de lugar. Es decir, entendiendo como ángulo complementario al que sumado da lugar a un recto, la latitud del lugar vale:

λ =  90  - φ       Este ángulo se conoce con el nombre de distancia cenital.


λ =   90 - 53º 16' 48"

Para hacer esta sencilla operación de resta de ángulos, vamos a pasar 90º de forma incompleja a forma compleja (es decir, con grados, minutos y segundos de arco)

Si tomamos un grado de los 90 y dado que un grado son 60 minutos, otra forma de expresar un ángulo recto sería:

90º = 89º   59'  60"

90º = 89º 60' 

De igual manera, podemos pasar un minuto a segundos de arco, para ello tomamos ese minuto, lo deducimos de su magnitud y lo pasamos a segundos.

Expresado de esta manera, ya podemos operar, magnitud por magnitud.


Así, la latitud de mi lugar de observación, en la ciudad de Málaga será:


                   89º    59'    60"

      --          53º    16'    48"
                  _____________
                                    12"          
                            43'
                  36º

Siendo 36º 43' 12"  N, la latitud del lugar, en este caso, mi ciudad, Málaga.

CÁLCULO INDIRECTO DE LA ALTURA DE LA POLAR.

 Nos informamos de la latitud geográfica del lugar de observación (navegador de un móvil/celular, Google maps, atlas, etc.)

En mi caso concreto, yo vivo en Málaga, España, y mi latitud geográfica exacta es: 36º 43' 12" N

La estrella polar tiene el mismo azímut que la diferencia entre 90 y la latitud geográfica del lugar. Os explico, la distancia angular existente entre la estrella polar y el horizonte teórico es el mismo ángulo que se obtiene de restar a 90, la latitud geográfica local, es decir, en mi caso concreto:
90º lo pasamos a forma compleja: 89º 59' 60"
y lo restamos ordenadamente       - 36º43' 12"
obteniendo la altura o azimut de    53º16' 48"
la estrella Polaris para Málaga.

DETERMINACIÓN DE LA REGIÓN CIRCUMPOLAR VISIBLE DEL LUGAR DE OBSERVACIÓN.

Tomando el radio aparente entre Polaris y el horizonte teórico (es inferior al topográfico) formamos un círculo, cualquier estrella situada en ese círculo siempre estará visible, durante todo el año y a cualquier hora de la noche. (Está condenada a permanecer todo el tiempo confinada en esa región del cielo)

Cualquier estrella cuya declinación δ sea igual o superior a la altura de la polar φ, será una estrella circumpolar.
Por ejemplo, voy a consultar en un atlas estelar, o internet, la declinación de la estrella Dubhe (Alfa de la Osa Mayor) para ver si desde Málaga es visible durante todo el año.

La declinación de Dubhe es: +61º 45’ 03’’

Debido a que este ángulo es mayor que la altura de la Polar, Dubhe es una estrella circumpolar, para la latitud de Málaga.

Así todas las estrellas que disten del polo celeste a una distancia angular inferior al valor de la latitud del lugar: λ, en el caso que nos ocupa, menos de 36º43' 12" son visibles a perpetuidad, son estrellas circumpolares y esa región se le denomina de forma homónima.

Para tenerlas identificadas, es mejor tomar un atlas del cielo de la región polar, hacer una fotocopia y marcar con un compás la declinación umbral, que es el ángulo de la distancia cenital así formamos una circunferencia y toda esa región contenida en el círculo es la REGIÓN CIRCUMPOLAR.

No obstante, deseo haceros llegar un circunstancia real y que es necesario a tomar en cuenta, se trata de la topografía del lugar, los obstáculos, como las montañas hacen que el horizonte no sea visible desde nuestro lugar de observación, generalmente representan en la distancia entre 3 y 5 grados, suficiente como para que una estrella umbral en la circumpolaridad se oculte por unos minutos o unas horas bajo el paisaje.

Hasta aquí, los cálculos están dados para un horizonte teórico muy similar al horizonte del mar, aunque en realidad y debido a la curvatura del planeta, si miramos al mar, el horizonte teórico queda por encima del propio "mar" ya que éste va "cuesta abajo", eso es algo, que en la próxima entrada voy a hablaros sobre una experiencia observacional deliciosa e increíble.

Os dejo un enlace a la wikipedia donde se habla del concepto de circumpolaridad.

http://es.wikipedia.org/wiki/Estrella_circumpolar

No te pierdas mi próximo artículo, donde voy a exponer un descubrimiento personal que hice relacionado con este tema.

José Antonio Galán Baho (Joshua Idelhampfert)

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Entra en mis álbumes fotográficos (son de acceso público) y donde he colocado carpetas con presentaciones de Astronomía y otros temas que podrían interesarte. En la Wikipedia en español y en inglés estoy contribuyendo activamente en el desarrollo de páginas relacionadas de Astronomía, Matemáticas y Ciencias en general.