Rotación propia de los planetas
Rotación y traslación
En la observación del movimiento de los cuerpos celestes, se han de distinguir dos tipos combinados de desplazamientos:
- Traslación del cuerpo (por ejemplo, de la Tierra alrededor del Sol), descrita mediante una ecuación de movimiento del centro de masas del cuerpo celeste:
- Rotación en torno a un eje interno, que se describe mediante la ecuación de evolución de su momento angular. Como la fuerza gravitatoria ejercida sobre cada partícula es de tipo radial, el momento total con respecto al centro de giro es nulo:
Movimiento angular orbital e intrínseco
Como el momento total del cuerpo celeste con respecto al centro de giro es nulo, su momento angular total será constante. Por sencillez, se suele considerar que el desplazamiento del cuerpo se produce por la combinación de dos movimientos:
- El del centro de masas del planeta, que engendra el llamado momento angular orbital.
- El de cada partícula del planeta con respecto al centro de masas, responsable de la componente conocida como momento angular intrínseco, simbolizado por
.
Así, el momento angular total del cuerpo se puede expresar como:
La rotación de la Tierra
Si se considera que la Tierra es esférica (lo cual constituye una aproximación ideal), su momento angular intrínseco se puede expresar como:
donde w es la velocidad angular de giro, paralela al eje de rotación, e I, el momento de inercia. Entonces, al ser el momento angular intrínseco y el momento de inercia constantes, la velocidad angular de rotación de la Tierra (y los otros planetas) debe mantenerse constante con respecto a un eje que pasa por su centro.
Pero, como la Tierra no es esférica, sino que forma un esferoide achatado por los polos, el movimiento de rotación en torno al eje no es perfecto, sino que se compone de tres elementos superpuestos:- La rotación propiamente dicha.
- Un movimiento de precesión que hace variar el eje de rotación con el tiempo.
- Un bamboleo periódico de dicho eje de rotación en un fenómeno que se denomina nutación.
Movimiento de precesión del eje de rotación de la Tierra. La línea de los equinoccios y el plano de la eclíptica forman un ángulo llamado ángulo de la eclíptica igual a 23º27’.
Precesión de los equinoccios
El movimiento de precesión de los equinoccios fue descrito ya en el siglo II a. C. por el filósofo griego Hiparco de Nicea. En esencia, este movimiento provoca una revolución del eje de giro de la Tierra en un eje perpendicular al plano de la eclíptica (el que forma el movimiento de traslación terrestre). Esta revolución del eje de rotación se completa en 26.000 años.
En términos físicos, la precesión supone que en la dirección perpendicular al momento angular intrínseco de la Tierra (y los restantes planetas) existe un momento no nulo, semejante al de una peonza en movimiento.
La precesión de la Tierra se traduce en una alteración de la posición de los polos celestes con el paso del tiempo. En la imagen se detalla su posición en fechas diferentes, comprendidas entre 2.000 años antes y después de Jesucristo (en la actualidad, el polo Norte celeste coincide aproximadamente con la posición de la estrella Polar).
Satélites naturales y artificiales
El movimiento descrito por los planetas en torno al Sol se debe a la presencia de un campo gravitatorio central generado por la masa solar, que es inmensa en comparación con la planetaria (el Sol constituye más del 99% de toda la masa del Sistema Solar). Análogamente, los satélites naturales describen movimientos de rotación y traslación combinados en torno a los planetas (por ejemplo, la Luna alrededor de la Tierra), aun con ciertas irregularidades debidas a la atracción solar. Algo similar podría decirse de los numerosos satélites artificiales colocados en la órbita terrestre; algunos de ellos se han lanzado de forma que alcancen órbitas geoestacionarias (moviéndose al ritmo de la Tierra, de manera que siempre se encuentran situados sobre la vertical del mismo punto del planeta).
Período sidéreo
El movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje se ha usado históricamente como medida del tiempo. Así, se sabe que la Tierra describe un movimiento completo, con respecto a los puntos fijos que ocupan las estrellas en el firmamento, que posee una gran regularidad, de manera que en cada rotación el planeta invierte 23 horas y 56 minutos, aproximadamente. Este intervalo se denomina período sidéreo.
La bóveda celeste
El firmamento se ha venido representando históricamente, como si fuera una cúpula esférica que rodeara a la Tierra, situada ésta en el centro de observación. La realidad, no obstante, es bien distinta. Los astros (planetas, estrellas, galaxias) visibles en la bóveda celeste no ocupan una misma superficie esférica, sino que están separados, en profundidad, por distancias enormes unos de otros. Por tanto, la representación de las estrellas y las constelaciones en la bóveda celeste (o en un planisferio) es simplemente una convención adoptada para facilitar la observación astronómica.
Hiparco de Nicea
Al filósofo, astrónomo y matemático griego Hiparco de Nicea (muerto en el 127 a. C.) se deben algunos logros notables en el bagaje histórico del saber humano. No solo describió el movimiento de precesión de la Tierra, sino que también calculó la duración del año astronómico con bastante exactitud, compiló el primer catálogo conocido de objetos celestes y estableció una primera formulación sistemática de las leyes de la trigonometría.