Llega el Invierno

La semana pasada no pudimos publicar nuestro acostumbrado artículo, pero os compensamos ahora con uno bastante extenso sobre el Invierno, esperamos que os guste.

Esté nevando o el tiempo sea suave, haya temperaturas bajo cero o un molesto bochorno, las personas que viven en el Hemisferio Norte siempre consideran que alrededor del día 22 de diciembre, comienza el Invierno. Lo cierto es que los fenómenos meteorológicos no son los que determinan el comienzo de las estaciones, sino que este papel corresponde a los fenómenos astronómicos. Este año, en particular, el Invierno comenzará en el Hemisferio Norte el día 22 de diciembre de 2023 a las 03:27 (Tiempo Universal Coordinado) que corresponderá a la misma hora en Canarias y Portugal y a las 04:27 en el resto de la Península Ibérica y Baleares; este evento se conoce como Solsticio de Invierno en el Hemisferio Norte y Solsticio de Verano en el Hemisferio Sur. El Invierno durará hasta el 20 de marzo de 2024, día en que comenzará la Primavera.

Posición de la Tierra respecto al Sol
durante el Solsticio de Invierno

¿Qué tiene de especial ese preciso instante para definir el inicio del Invierno? Ocurre que en ese momento la Tierra pasa por el punto de su órbita alrededor del Sol desde el cual el propio Sol presenta su máxima declinación Sur, es decir que el polo norte alcanza su máxima inclinación respecto al Sol. Durante el día en que esto ocurre, el Sol alcanza su menor elevación al mediodía y describe en el cielo su trayectoria más corta; por tanto es el día del año con menos horas de luz solar. Desde luego todo lo dicho ocurre exactamente al contrario en el Hemisferio Sur: el sol alcanza su mayor elevación, describe el arco más largo y es el día con mayor número de horas de luz solar: es el comienzo del Verano Austral (o del Hemisferio Sur).

El Invierno Boreal (o del Hemisferio Norte) es la estación más corta del año y no llega a los 89 días de duración. El motivo es que la órbita de la Tierra alrededor del Sol no es una circunferencia sino una elipse, y nuestro invierno coincide con la época del año que la Tierra está más cerca del Sol y, por lo tanto, cuando la Tierra se mueve a mayor velocidad por su trayectoria (Si hay interés entraremos en detalles de por qué esto es así en otro artículo; por el momento nos conformaremos con decir que así lo determina la Segunda Ley de Kepler).

Otros datos curiosos sobre el Solsticio de Invierno: 

SOL INVICTUS
Siglo III, Pesinunte, Asia Menor

• Puede ocurrir entre el 20 y el 23 de diciembre, debido a la relación de la secuencia de años bisiestos (cuenta hecha a conveniencia del calendario humano) con la duración real de cada órbita terrestre. 
• Su nombre viene del latín SOLSTITIUM, o Sol Quieto, ya que su altura al mediodía sobre el horizonte parece no variar durante varios días. Cuando ya el Sol aparece más alto sobre el horizonte, el día 25 de diciembre, se celebraba en el Imperio Romano la fiesta de DIES NATALIS SOLIS INVICTI o Día del Nacimiento del Sol Invicto, cuando se festejaba que los días iban a ser cada vez más largos. Esta fiesta es el origen de la actual Navidad cristiana.
• En el Círculo Polar Ártico, que se encuentra en el paralelo de latitud 66º 34' Norte, durante el día del Solsticio de Invierno no llega a salir el Sol y por lo tanto se disfruta de una noche de 24 horas. Más al Norte del Círculo Polar Ártico hay más de un día completo sin que salga el Sol, hasta llegar al Polo Norte con 6 meses de noche continua cuya mitad coincide con el Solsticio. Más al Sur del Círculo Polar Ártico (y hasta el Círculo Polar Antártico) no hay ningún día completo sin que aparezca el Sol.
• En el Círculo Polar Antártico el Sol estará por encima del horizonte 24 horas, coincidiendo con su Solsticio de Verano. En el Ecudador, como cada día del año, tendrán 12 horas de luz y 12 horas de noche.
• Algunos errores comunes sobre el Solsticio de Invierno incluyen la creencia de que los días serán más cortos cuando en realidad empiezan a crecer respecto a las noches; que la Tierra está más lejos del Sol, cuando en realidad está más cerca que en el Verano Boreal; y que durante el Solsticio la Tierra está en su punto más cercano (o lejano) al Sol cuando en realidad esto sucederá el 3 de enero.

Desde un punto de vista del astrónomo aficionado, comienza la mejor época del año, si nos olvidamos del frío nocturno: las noches largas y secas permiten las mejores observaciones, tanto con telescopio como a simple vista.

Es el momento de admirar las estrellas que yo llamo Las Ocho Grandes del Invierno: Betelgeuse (supergigante roja) y Rigel en la constelación de Orión; Aldebarán en Tauro; Capella en Auriga; Cástor y Pólux en Géminis; Procyon en Can Menor; y la más brillante de todas las estrellas del cielo terrestre: Sirius en Can Mayor. Con seis de ellas se forma el llamado Hexágono del Invierno, dejando a Betelgeuse dentro y a Cástor un poquito fuera.

Hexágono del Invierno

Otro fenómeno muy interesante de las noches de Invierno son las lluvias de meteoros, conocidas popularmente como "lluvias de estrellas"; en particular las Úrsidas, con máximo el 22 de diciembre y las Cuadrántidas, cuyo máximo se espera para el 3 de enero.

Aprovechad también para disfrutar de Saturno y Júpiter al anochecer, ya que ambos se irán acercando al Sol y Saturno dejará de ser visible antes de Primavera. Por cierto que en Marzo será posible distinguir Mercurio al anochecer, solo para aquellos afortunados que vivan en Cózar. En las ciudades es prácticamente imposible.

Para finalizar trataremos un hecho astronómico fundamental: el origen de las estaciones está, precisamente, en el hecho de que el eje de rotación de la Tierra forma un determinado ángulo con el plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, concretamente un ángulo de 23º 26', lo que provoca que los rayos del Sol incidan sobre la superficie terrestre de manera diferente a lo largo de un año completo. El Solsticio de Invierno marca el momento de menor inclinación de los rayos solares sobre el Hemisferio Norte.

Las estaciones del Hemisferio Norte

Pero, y aquí vamos a utilizar el maravilloso libro de Yakov Perelman Astronomía Recreativa, ¿qué sucedería si el eje de la Tierra fuera perpendicular al plano de su órbita? Pues ocurriría ni más ni menos que no tendríamos alternancia de estaciones, porque cada punto del globo terrestre se enfrentaría a los rayos del Sol siempre con el mismo ángulo a lo largo del año; y por tanto tendríamos siempre la misma estación. 

¿Cómo llamaríamos a esta esta estación? Tal vez se llamaría Primavera en las zonas templadas y polares, aunque igualmente se podría llamar Otoño. En las zonas "tropicales" (entre comillas porque ya no habría trópicos en el sentido actual) el cambio no sería tan grande y podríamos hablar de eterno Verano. En todas estas zonas de la Tierra día y noche serían siempre iguales, como si estuviésemos en un perpetuo equinoccio. 

Sin embargo en las zonas polares (o mejor, cercanas a los polos porque igualmente los Círculos Polares ya no tendrían sentido) sí que se apreciarían cambios notables: la refracción atmosférica provocaría que el Sol siempre apareciera ligeramente elevado sobre el horizonte. Ambos Polos estarían en una especie de amanecer perpetuo y, aunque el calor recibido sería poco debido a que los rayos solares incidirían con muy poco ángulo, sería de forma continua con lo que el clima seguramente sería mucho más cálido.

Os dejamos como pregunta, ¿qué pasaría si el eje de la Tierra fuera paralelo a su plano orbital? Como ayuda podéis usar el gráfico de Yakov Perelman con el que nuestro genial divulgador responde a esta cuestión. Esperamos vuestros comentarios y preguntas.

Astronomía Recreativa, de Yakov Perelman
Gráfico 16

Recursos digitales del Observatorio Astronómico Nacional

En este artículo os queremos presentar tres documentos de libre acceso creados por el Observatorio Astronómico Nacional y que serán de gran ayuda tanto para los que quieren aprender astronomía desde cero como para las personas con mayores conocimientos o experiencia.

Panorama del Universo: Viaje por el Mundo de la Astronomía

Existen infinidad de libros de introducción a la Astronomía, y éste es tan válido como cualquier otro. Sencillo y relativamente corto, da un repaso completo a la historia de la astronomía y a sus temas más significativos y actuales: Sistema Solar, estrellas, Vía Láctea, Galaxias, Agujeros Negros, Cosmología básica, métodos de observación... Es, en nuestra opinión, una muy buena opción para quien, sin conocimiento formal previo, quiera una breve introducción de los conceptos más básicos de la Astronomía y la Astrofísica. 

Además se puede descargar gratis de la web del OAN, pero os lo ofrecemos aquí para mayor comodidad. 

Anuario Astronómico 2023

Es seguramente la publicación más importante del OAN, y se viene editando desde 1860. Contiene fenómenos astronómicos, calendarios, tiempos y efemérides astronómicas, catálogos de estrellas, tablas con datos astronómicos de todo tipo... Un enorme compendio de información astronómica actualizada anualmente.

Se puede adquirir en papel en la tienda virtual del OAN a un precio muy reducido, pero aquí os dejamos en formato digital el correspondiente al año 2023 para que podáis haceros una idea de la cantidad de información que proporciona:

Atlas Celeste y Calendario de Eventos 2023

Un excelente complemento al Anuario y disponible, hasta donde sabemos, exclusivamente en formato digital, el Atlas Celeste contiene mapas del cielo a lo largo de todo el año junto a una extremadamente detallada lista de eventos astronómicos y un atlas con las estrellas hasta magnitud 8.25. Es decir, el atlas contiene alrededor de 60,000 estrellas, lo que le convierte en la herramienta ideal del aficionado intermedio.

Estad atentos a la publicación del atlas de 2024 en la web del OAN; hasta entonces os dejamos aquí el de 2023

Científicas, Matemáticas y Astrónomas: Émilie du Châtelet

En la serie Científicas, Matemáticas y Astrónomas hoy os presentamos a Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil, Marquise du Châtelet.

Nació en París, Reino de Francia, el 17 de diciembre de 1706 como hija de Louis Nicolas le Tonnelier de Breteuil, Secretario Principal de Luis XIV, lo que le permitió, desde una posición más que acomodada, vivir en el ambiente de la corte francesa. Puesto que el matrimonio ha sido el destino que la Sociedad ha reservado a las mujeres hasta no hace mucho tiempo, sus padres se ocuparon de que recibiera la educación adecuada para moverse cómodamente entre las capas sociales de la burguesía y la aristocracia. Recibió clases de danza, y canto, artes en las que demostró unas cualidades notables. Pero quizás a diferencia de otras mujeres, puede que con el fin de convertirla en una joven más fácilmente casadera, recibió clases de esgrima, equitación y también de idiomas. A los doce años se expresaba con fluidez en latín, italiano, griego y alemán, lo que con el tiempo le permitiría realizar traducciones de los clásicos grecolatinos al francés.

Émilie du Châtelet.
Retrato de Maurice Quentin de La Tour

A parte de esta educación útil para el lugar que debería ocupar en la Francia anterior a la revolución de 1789, recibió además una educación científica que le permitió iniciarse en la física y las matemáticas. A pesar de su formación científica y su carácter ciertamente rebelde, el 20 de Junio de 1725, cumpliendo con el contrato social de su posición, contrajo un matrimonio de conveniencia con el marqués Florent-Claude du Châtelet. Apenas tenían nada en común que pudiera servirles para llevar una vida feliz, por lo que después de tener su tercer hijo y considerar que había cumplido con lo que se esperaba de ella, acordó con su marido mantener su matrimonio pero con la libertad suficiente por ambas partes como para vivir sus vidas de modo independiente. Así mientras él cumplía con sus obligaciones militares fuera de París, ella permaneció bajo la influencia de la corte.

Con un alto grado de libertad Émilie mantuvo varios amantes de los que no sólo disfrutó el placer del amor, sino que también aprendió de ellos todo cuanto pudo y compartió la fascinación por el conocimiento y el saber que a cada uno le era propio. Tres de ellos fueron los más conocidos: con 24 años Émilie compartió sus días con el duque de Richelieu con el que departía sobre filosofía y literatura, un amor que duró tan sólo un año y medio. Durante ese tiempo descubrió las teorías de Newton y el propio duque la impulsó para que profundizara sus conocimientos en matemáticas, de modo que, tras conocer a Moreau de Maupertuis, éste se convirtió en su tutor en geometría y también en su nuevo amante. Moreau era astrónomo, matemático y físico y también compartía su interés por las nuevas teorías sobre gravitación que llegaban desde Inglaterra, causa por aquellos días de acalorados debates en la Academia de Ciencias. Finalmente, la cada vez mayor actividad científica de Émilie la llevó a conocer al autor de Cándido, Voltaire, con el que viviría durante quince años en la villa de éste en Cirey-sur-Blaise en el Alto Marne.

Les Élements de la Philosophie de Newton,

de Voltaire. Émile aparece como su musa.

Durante los años que vivieron juntos, de mutuo aprecio y respeto como diría el propio Voltaire, Émilie profundizó en las teorías sobre el concepto de energía en los cuerpos en movimiento, y partiendo de las teorías de Gottfried Leibniz, perpetuo rival de Newton, más los resultados experimentales de Gravesande, llegó a la formulación correcta de que la energía cinética de un cuerpo es proporcional a su masa y al cuadrado de su velocidad, exponiendo sus conclusiones en 1737, tesis que contradecía la opinión del propio Newton, Voltaire, y otros que pensaban que la energía era directamente proporcional a la velocidad y no a su cuadrado.

En 1749 Émile descubre que está embarazada del poeta el poeta Jean François de Saint-Lambert y, anticipando su más que posible terrible destino, trabajó para concluir la traducción al francés de la monumental obra Principia Mathematica de Newton, texto al que ella añadió algunos comentarios sobre la conservación de la energía. No resulta sorprendente por tanto el comprobar con cierta distancia como en mecánica clásica, la afirmación de Émilie, E = 1/2 m v^2, se verá completada siglos más tarde por Einstein en la mecánica relativista, E = m c^2.

El 10 de septiembre de 1749, y como ella misma temía, Émilie fallece como resultado de complicaciones e infecciones tras el parto. Así nos dejó la mujer de la que Voltaire dijo "Un gran hombre, cuyo único defecto fue ser mujer". Entre provocación y halago, no deja de recordarnos que incluso en una época de incipiente Razón, y en la mente de uno de los mayores genios de la historia, el hecho de ser mujer era, cuando menos, sorprendente.

Hoy millones de niños y niñas en el mundo aprenden cada día las viejas fórmulas sobre energía cinética y potencial; pero es tan cierto como que las manzanas caen de los árboles atraídas por la fuerza de la gravedad, que casi todos ellos ignorarán la contribución de Émilie. A Newton, desde luego, lo recordamos por su genial formulación sobre la gravedad, sin embargo a ella y a otras muchas las ignoramos por la fuerza de la costumbre y la tradición, a pesar de que los conocimientos y el saber que nos han regalado permanecen grabados en nuestras mentes desde siempre y para siempre.