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.