La duración de las estaciones (I)

Primero que nada vamos a ponernos de acuerdo en una definición, en términos del parámetro que parece más apropiado para caracterizar las estaciones, para un observador que este  en una de las zonas templadas de la Tierra, es decir fuera de la región intertropical.

Para ese observador parece simple identificar las cuatro estaciones astronómicas definiéndolas  en términos de la altura del sol sobre el horizonte, por ser el factor astronómico dominante y de facil observación. Entonces:

• Al día en que el sol cruza el meridiano del observador a la mayor altitud, se le considera el inicio de la estación llamada verano y a ese día se le denomina solsticio de verano. Es el día del año en que la duración de la noche es mínima  y la duración del día es máxima. Para un observador en el hemisferio norte, ese día el sol se levanta lo más noreste y se oculta lo más noroeste (máxima desviación).
• Al día en  que el sol cruza el meridiano del observador a la menor altitud, se le considera el inicio de la estación llamada invierno y a ese día se le denomina solsticio de invierno. Es el día del año en que la duración de la noche es máxima  y la duración del día es mínima. Para un observador en el hemisferio norte, ese día el sol se levanta lo más sureste y se oculta lo más suroeste (máxima desviación). 
• A los dos días en que el sol cruza el meridiano del observador a una altitud intermedia, de tal manera que la duración del día es aproximadamente igual a la duración de la noche para todos los lugares de la superficie terrestre, se le considera el día del equinoccio. Además en ese día el sol se levanta exactamente al este y se oculta exactamente al oeste.
  Si en los días previos a un  equinoccio el sol ha estado a menor altura, se trata entonces del equinoccio de primavera que marca el  inicio de la estación llamada primavera.
  Si en los días previos a un equinoccio el sol ha estado a mayor altura, se trata entonces del equinoccio de otoño  que marca el  inicio de la estación llamada otoño.

Para todos los habitantes de la Tierra que utilizamos el calendario gregoriano, que trata de mantenerse acoplado con las estaciones, las fechas de solsticios y equinoccios varían muy poco; unos dos o tres días. Por tal motivo los astrónomos prefieren utilizar los nombres solsticio de junio, solsticio de diciembre, equinoccio de marzo, equinoccio de setiembre y que el usuario, según su hemisferio, lo acomode a la estación respectiva.

Un observador en la zona tropical; entre la latitud 23,5° N (Trópico de Cáncer) y 23,5° S (Trópico de Capricornio), debe tener cuidado si usa las definiciones de las estaciones como se establecieron arriba, puesto que hay dos fechas en las cuales el sol tiene la misma altitud y el día de la altitud máxima (tránsito o pasada cenital) no es el solsticio de verano, excepto si está exactamente en uno de los trópicos. Todo lo demás lo puede adaptar sin problemas, para que las definiciones sean congruentes.

Aquí están las fechas y horas (tiempo universal) en que inician las estaciones del hemisferio norte para el año 2013.

Solsticio de invierno	21/12/2012; 11:11
Equinoccio de primavera	20/03/2013; 11:01:56	Duración del invierno:  88 días 23 horas 50 minutos 18 segundos
Solsticio de verano	21/06/2013; 05:03:58	Duración de la primavera: 92 días 18 horas 2 minutos 2 segundos
Equinoccio de otoño	22/09/2013; 20:44:10	Duración del verano: 93 días 15 horas 40 minutos 11 segundos
Solsticio de invierno	21/12/2013; 17:1102	Duración del otoño: 89 días 20 horas 26 minutos 52 segundos

Las fechas y duraciones para pocos años antes y después no varían mucho, puesto que el calendario gregoriano se encarga de acoplarlas. Sin embargo, para muchos años atrás, por ejemplo para el año 4000 a.C. (calendario juliano) las fechas de inicio fueron:

• Solsticio de invierno: 20 de enero; 06:39. 
• Equinoccio de primavera: 22 de abril; 17:07. 
• Solsticio de verano: 25 de julio; 06:00. 
• Equinoccio de otoñó: 22 de octubre; 10:34.

Entreténgase usted un rato calculando la duración de estas estaciones hace 6013 años, o en el año 2500.
Yo supongo que si nos preguntan de improviso ¿cuánto es la duración de las estaciones? Seguro contestaríamos que 3 meses (~ 91 días), todas iguales, ya que es una suposición simple dividir el año en cuatro partes.
Esa sería la respuesta para una órbita circular, pero la órbita terrestre no lo es. Es una elipse, ciertamente con poca excentricidad (0,0167). El Sol no está en el centro de la elipse, sino en uno de los focos. La distancia de ese foco al afelio es 152 098 232 km (1,02 ua) y al perihelio 147 098 290 km (0,98 ua). De acuerdo con la Segunda Ley de Kepler, la velocidad orbital en perihelio es máxima (30,29 km/s) y en afelio es mínima (29,29 km/s) y por consiguiente los días son un poquito más largos cerca del perihelio que cerca del afelio.

1998

El hecho de que en los últimos miles de años la fecha del perihelio de la órbita terrestre (primeros días de enero) esté cercana a la fecha del solsticio de diciembre (alrededores del día  21), es uno de los factores por los que en el hemisferio norte, el invierno es la estación de menor duración y el verano la de mayor duración.

¿Podría esto cambiar, e incluso llegar a invertirse?
Parece que la inversión ocurre cada 10 500 años.
Pero conversaremos al respecto en una próxima entrada.

Apophis (Apofis) y telescopios virtuales

18:33/SLOOH

Hoy 9 de enero de 2013, el asteroide Apophis  tuvo un pasaje cercano a la Tierra a unos 15 millones de kilómetros (un décimo de la distancia Tierra-Sol, esto es, un décimo de unidad astronómica.)
Si le interesa profundizar sobre este asteroide que se pronostica con una aproximación mucho más cercana (30 000 km) para el año 2029, puede iniciar con la siguiente liga: http://en.wikipedia.org/wiki/99942_Apophis

Mi intención en esta entrada es interesarlo en las facilidades que ofrecen al menos dos telescopios virtuales, de muy buena calidad, que puede usar de manera gratuita, o comprar tiempo, por medio de una membrecía.

Apophis es el objeto (circulo) en el centro del ocular (18:45)/ SLOOH.

• SLOOH es un observatorio en el Monte Teide, en Tenerife, una de las Islas Canarias.
  Acabo de disfrutar su transmisión en vivo de la pasada del asteroide Apophis. Es como observar por el ocular de un telescopio de 12 pulgadas, con perfecta guía para mantener el objeto enfocado y en el centro, por eso las estrellas de fondo son trazos cortos. Lo que se transmite desde su sitio en internet son fotografías tomadas cada cierto tiempo, acompañadas por comentarios por uno o dos de los astrónomos que están en el sitio. Fue una interesante experiencia.

http://events.slooh.com/
http://en.wikipedia.org/wiki/Slooh
http://www.cuckney.pwp.blueyonder.co.uk/astronmy/Slooh.htm

• El Observatorio Astronómico Virtual Bellatrix  está en Ceccano, Italia.
  Está dirigido por Gianluca Masi, quien ha sido reconocido con el nombre de un asteroide (21795 Masi= 1995 N9).
  Lo he visitado en otras oportunidades, por ejemplo para la transmisión del tránsito de Venus el año pasado.
  Pero bueno, como le puede suceder a usted y a mí, hoy su sitio de observación estuvo nublado. Lo volverán a intentar el 21 de enero.

http://www.virtualtelescope.eu/webtv/
http://virtualtelescope.bellatrixobservatory.org/observatory.html
http://www.bellatrixobservatory.org/
Le recomiendo visitar estas dos facilidades, especialmente cuando hay un evento importante, no visible desde su sitio de observación.
Sitios adicionales:
Bradford Robotic Telescope: http://www.telescope.org/
itelescope.net: http://www.itelescope.net/
LIGHTBUCKETS: http://www.lightbuckets.com/
MicroObservatory Robotic Telescope Network: http://mo-www.cfa.harvard.edu/MicroObservatory/My Telescope.com: http://mytelescope.com/
Sierra Star: http://www.sierrastar.com/

 

Protoplanetas chupando gas

¡Y la estrella también!
Esa parece ser la conclusión de los científicos de la Universidad de Chile, producto de sus observaciones de la estrella HD142527 en la constelación Lupus, realizadas con el conjunto de radiotelescopios ALMA, en el Desierto de Atacama.

No son imágenes fotográficas. A la izquierda hay un modelo construido con los datos de ALMA.
A la derecha una interpretación artística.

En el universo existen grandes regiones (espacios tridimensionales) constituidos principalmente por gases, polvo y “vacío”.  Si se trata de una región muy primitiva, de pocos millones de años de edad después del ‘big-bang’, las partículas son electrones, junto con núcleos y átomos de los elementos más livianos (hidrógeno y helio). Pero si en el vecindario ya se había formado una estrella que posteriormente explotó, además habrá partículas (polvo) de elementos más pesados (del litio al hierro), que se formaron por reacciones nucleares en dicha estrella y quizás hasta otras partículas constituidas por elementos más pesados (como plata, oro, plomo, uranio, etc.), que solo se pueden formar cuando actúan las poderosas fuerzas y altas  energías que ocurren durante una supernova.

Esa región es lo que llamamos una nebulosa estelar, esto es, una en la cual las inevitables fluctuaciones de densidad pueden conducir a la formación de una estrella. Más o menos similar a la región donde  ocurrieron las etapas y condiciones para que se formara el Sol y su sistema.

Si le parece considere esa nebulosa como un enorme 'huevo cósmico', con un tamaño de unas mil veces la distancia Tierra-Sol, cuya densidad aumenta hacia el centro, donde la fuerza de gravedad cada vez acumula más partículas para, al final, formar una nueva estrella.

La atracción gravitatoria es implacable, crece proporcionalmente a la masa que se acumula en la protoestrella. A medida que las partículas caen hacia ese centro de atracción, la conservación del momento angular las pone a girar y pronto prevalece un sentido único de rotación, por ejemplo como están orientados los dedos de su mano derecha (pulgar hacia Polaris), en el caso del Sistema Solar. Pero esto al mismo tiempo aplana la nebulosa, convirtiéndola en un grueso disco, en cuyo plano se acumula la mayoría del material original.

Al conglomerarse y apretarse fuertemente las partículas, la energía potencial gravitatoria se trasforma en energía térmica y la temperatura de la protoestrella aumenta vertiginosamente. La alta temperatura y presión de las capas externas sobre el núcleo favorecen las altas velocidades y las colisiones entre partículas. Comienza entonces a producirse las reacciones de fusión nuclear, la protostrella se vuelve 'luminosa', emite radiación y partículas elementales, ha nacido una nueva estrella.

Ahora inicia la etapa de formación de cometas, asteroides, planetas y satélites. Las partículas en el disco protoplanetario alrededor de la estrella, donde la fuerza de gravitación tiene igual magnitud que la requerida fuerza centrípeta, se establecen en órbitas estables. Luego se aglomeran creciendo en masa, acumulando polvo y gas. Primero estos objetos son del tamaño de asteroides, luego del tamaño de la Tierra y algunos crecen hasta el tamaño de Júpiter  y más. Con la ayuda de su creciente campo gravitatorio comienzan a 'limpiar' su órbita, agregando casi todos los objetos coorbitales, lo que deja una brecha interplanetaria (un casi vacío) en el disco, digamos que entre unas 10 a 140 unidades astronómicas de la estrella.

Y aquí viene lo interesante, descubierto, o más bien confirmado, por los astrónomos  de ALMA y publicado en Nature el 2 de enero:

• Planetas jóvenes, de unos pocos millones de años de edad y como del tamaño de Júpiter, empleando su fuerte campo gravitacional, se alimentan chupando gas del disco gaseoso, externo a la brecha interestelar que están limpiando.
• Una buena porción de los chorros de gas que caen al planeta, tienen la suficiente velocidad  para no quedar atrapados por este y continúan cayendo hacia la estrella, reemplazando con gas nuevo el disco interior (del borde interno de la brecha interplanetaria que esta a unas 10 unidades astronómicas, hasta la estrella misma). 
• La estrella, obviamente más vieja que el planeta, pero aun relativamente joven, tiene entonces la posibilidad de seguir creciendo engullendo gas del disco interno.

Referencias adicionales:
ALMA Minds the (Planet‑Forming) Gap

Sobrevuelo de satélites: ISS, HST, Tiangong 1, Iridium

Sobrevuelos de la ISS, enero.

Si a usted le interesa la astronomía, especialmente la observación de los "luceros" en el cielo, posiblemente habrá visto algunas veces, los sobrevuelos de satélites artificiales, durante  las horas que van del inicio del crepúsculo astronómico hasta poco antes del orto del sol y de nuevo desde que éste se oculta hasta el final del crepúsculo astronómico.
Esto se debe a que los satélites no viajan iluminados (sería un desperdicio de energía) y los vemos solo cuando reflejan la luz del sol hacia nosotros, lo cual sucede únicamente durante las citadas horas, antes y después de que el sol esté en el horizonte.

Sobrevuelo de la ISS; 9 de enero.

El sitio Heavens-Above, que tiene muy valiosa información astronómica, también publica pronósticos (muy exactos por cierto), sobre los sobrevuelos de algunos de los satélites artificiales de la Tierra más importantes (o más brillantes). Entre ellos la Estación Espacial Internacional, el Telescopio Espacial Hubble, la Estación Espacial China Tiangong 1, los “destellos” de los Satélites Iridium y otros más. 

Observar dichos sobrevuelos y hasta registrarlos fotográficamente, es un buen entretenimiento educativo, mientras esperamos que la oscuridad de la noche se establezca.

Lo que más me agrada de los últimos cambios en Heavens-Above es la calidad de los mapas del fondo de estrellas que acompañan las trayectorias de los satélites, que puede utilizar para orientarse en el cielo nocturno (ojo con la fecha y hora, que no se puede cambiar). 

Para usarr este sitio, tiene que configurarlo primero para las coordenadas (latitud y longitud)  de su sitio de observación, que puede encontrarlas fácilmente usando su base de datos. La puntualidad de los satélites es excelente y cruzan el cielo durante unos 5 minutos, lo que da tiempo para observarlos al ojo desnudo, con binoculares y tomarles fotos (cámara en trípode, ISO 400, foco a infinito, exposición 30 s o más). Pero lo mejor es usar los mapas para pre-visualizar la trayectoria y ajustar sus instrumentos.

Buena suerte.