En los días del mundo, no todo es rotación (explicando precesión y nutación)

Además de la rotación alrededor de su eje, que sabemos que da lugar a los días terrestres, La Tierra sufre otras dos complejas rotaciones:

PRECESIÓN

Antes de hablar de ella hemos de definir el punto ARIES:

Punto ARIES o punto vernal es el punto de la eclíptica a partir del cual el Sol pasa del hemisferio sur terrestre al hemisferio norte, iniciándose la primavera en el hemisferio norte y el otoño en el hemisferio sur. Dicho de otra manera, es el punto en que se encuentra el Sol el equinoccio de primavera (21 de marzo).

Precisamente porque La Tierra está rotando y trasladándose alrededor del Sol, para ubicar las estrellas con respecto a La Tierra era necesario encontrar un punto estático fuera de ella que sirviese de referencia. Para establecer el origen de coordenadas celestes, ya en la antigüedad se buscó un punto que fuese característico, fácil de ubicar y, sobre todo, que no cambiase con el tiempo. Y el punto que se determinó fue el Punto ARIES, donde tanto la ascensión recta (equivalente a la longitud geográfica) como la declinación (equivalente a la latitud) son nulas. Este era el punto donde se encuentra el Sol en el equinoccio de primavera y a partir del cual se medían las coordenadas anteriores.

Hiparco de Nicea, el de la escala de brillos (https://principiatechnologica.com/wp-content/uploads/2013/07/06/la-escala-de-brillos-de-hiparco-de-nicea-fotometria-i/), ya detectó realizando su inventario estelar el movimiento de precesión de La Tierra, y a él se le atribuye su descubrimiento.

La precesión consiste en que el punto ARIES no resultó ser tan estático como se pensó en un primer momento, sino que este punto se retrasa en la eclíptica muy lenta y gradualmente. Por ello se habla de la precesión de los equinoccios. El descubrimiento viene porque cada año, Hiparco observaba la misma estrella con una ascensión recta (equivalente a la longitud) ligeramente distinta y aumentando constantemente cada año. Como unas cuantas estrellas (observó las constelaciones) y mucho menos todas (pues aplicaba a todas las observadas) no podían tener este movimiento aparente constante, supuso que el punto ARIES había cambiado y lo hacía a razón de 45 segundos cada año. El valor verdadero es aproximadamente 50,27″, así que el valor que obtuvo fue de una gran precisión para la época.

¿Por qué cambia el punto ARIES si la órbita es la misma cada año, y la duración del año tampoco cambia?

Lo que ocurre es que cambia la orientación del eje de rotación de La Tierra:

Precesión
Precesión

En efecto, si observamos la precesión, vemos que modifica la ascensión recta de una estrella tal como observó Hiparco, pero no la declinación. Dicho de otro modo, para un observador fuera de La Tierra (pongamos esa estrella) todos los puntos del globo terráqueo no varían su latitud (N-S) con la precesión pero sí la longitud (W-E). Cada punto en La Tierra sería como si una bolita unida a una cuerda gira describiendo una circunferencia (formando un cono), la bolita está siempre igual de alta, sólo varía el ángulo sobre la circunferencia que describe. El punto fijo de la cuerda en el ejemplo es el centro de La Tierra.

Desde los tiempos de Hiparco han transcurrido más o menos 2.140 años, que multiplicados por la variación anual de 50,27″ resultan aproximadamente 30 grados. Por tanto, si el punto ARIES de Hiparco (equinoccio de primavera de aquella época) apuntaba entonces a la constelación de Aries, hoy en día se ha desplazado una constelación prácticamente. Cuando el Sol se encuentra en el equinoccio de primavera actual, o sea, coincide con el Ecuador, la constelación sobre la que se proyecta no es la de Aries, sino la de Piscis.

Si determinásemos hoy el origen de coordenadas celestes tal como se hizo en la antigüedad, diríamos que se encuentra en el punto Piscis.

Pero bueno entonces, ¿esto quiere decir que cambia la orientación estelar del norte geográfico (Estrella Polar)?

Efectivamente, decimos que cambia el polo norte celeste. Pero como podemos comprobar, a 50,27″ de arco por año, son necesarios alrededor de 26.000 años para completar una vuelta completa de precesión. Por lo tanto, la Estrella Polar seguirá sirviendo para orientarnos de momento (hasta el año 3500 aproximadamente):

https://principiatechnologica.com/wp-content/uploads/2013/07/24/estrella-polar-antes-y-despues/

Claro, ahora preguntaréis: ¿Por qué a La Tierra le ha dado por adquirir este movimiento tan extraño?

Se trata de otro caso en que la experiencia reveló rápidamente lo que estaba sucediendo pero no se encontraba explicación para ello.

Una vez más, no fue hasta que Isaac Newton postuló sus Leyes de la Dinámica, que se entendió el motivo de la precesión. Como vimos La Tierra está achatada por los polos a consecuencia de la rotación, que hace que la masa se distribuya de manera no uniforme: La Tierra es más densa en el ecuador (ensanchamiento ecuatorial):

https://principiatechnologica.com/wp-content/uploads/2013/03/24/por-que-la-tierra-esta-achatada-por-los-polos-la-densidad-de-la-tierra/

A lo largo del año, el ensanchamiento ecuatorial afecta de distinta manera a la atracción gravitatoria de el Sol sobre La Tierra, siendo el responsable de generar un par de fuerzas cuyo resultado es la precesión.

Durante los equinoccios,  una mitad del ensanchamiento ecuatorial se sitúa sobre el plano de la eclíptica y la otra mitad debajo: no se produce par de fuerzas. En cambio, el resto del tiempo, y sobre todo en los solsticios, el ensanchamiento ecuatorial está descompensado y se encuentra por encima o debajo del plano de la eclíptica, y se produce un momento de fuerza creado por el Sol, que tiende a llevar el exceso de masa presente en el ecuador hasta el mismo plano de la eclíptica. Lo que provoca el movimiento de precesión de la Tierra.

Si no existiese el achatamiento y la Tierra fuese esférica, la atracción del Sol no produciría un momento de fuerza sobre la Tierra y no habría modificación de la dirección del eje terrestre.

NUTACIÓN

El movimiento de nutación fue descubierto en 1728 por el astrónomo inglés James Bradley, y dado a conocer en el año 1748. Hasta 20 años más tarde no se supo que la causa de este movimiento extra del eje de la Tierra era la atracción gravitatoria ejercida por La Luna y el Sol sobre La Tierra. Esta atracción produce un momento angular que “tira” más o menos del eje de rotación de La Tierra.

La nutación hace que cada 18,6 años el eje de rotación de la Tierra oscile hasta unos nueve segundos de arco a cada lado del valor medio de la oblicuidad de la eclíptica. 

Nutación
Nutación

Los fenómenos de movimiento del polo e inconstancia de la rotación terrestre aparecen como consecuencia de pequeños cambios en el momento angular de la Tierra. Este cambio es debido a muy diversos fenómenos, entre los que se pueden citar el intercambio de momento angular entre la Tierra y su atmósfera, entre la Tierra y la Luna, la variación de la altura del nivel del mar y corrientes oceánicas (mareas), acoplamientos mecánicos entre los movimientos de los fluidos del núcleo y manto, etc.

El efecto combinado de rotación, precesión y nutación se asimila por tanto al de una peonza cuando va a caer:

Efecto combinado
Efecto combinado

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