Curso Básico de Astronomía
AREA DE ASTRONOMIA

DIF-FUS Universidad de sonora

CONOCIMIENTO DEL CIELO.

por Antonio Sánchez Ibarra.

Tipicamente el interés por la Astronomía surge al preguntarnos, en una noche despejada, ¿ Qué son las estrellas ?

Tal pregunta posiblemente se la hicieron los primeros homo sapiens y la inquietud aún continúa.

A través de generaciones, fue posible tener en claro que las estrellas parecían no tener movimiento y permanecer en su misma posición en el cielo, exceptuando cinco cuerpos errantes además del Sol y la Luna (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno), que fueron llamados planetas, efímeros cometas y destellos en el cielo (meteoritos). En la actualidad sabemos que las estrellas si se mueven, pero por las grandes distancias, tal desplazamiento es imperceptible a menos que transcurran miles de años.

La posición fija de las estrellas en el cielo permitió que el ser humano comenzara a reconocerlas a través de figuras asociadas con personajes, animales y objetos, obviamente de su época.

Tal experiencia la podemos repetir si, al azar, vemos una región del cielo e intentamos construir una figura. Lo más factible será que tales figuras estén asociadas con nuestra realidad, con lo que vivimos y, así, encontraremos personajes contemporáneos, u objetos como carros, motocicletas o computadores. Los animales serán perros, gatos o caballos. Nuestra imaginación, por otra parte, puede ser puesta a prueba marcando puntos al azar en una hoja y preguntándole al público por la figura que encuentra. Aunque nosotros no hayamos intentado representar algo, los asistentes encontrarán figuras.

Tal asociación de estrellas permitió crear las constelaciones. Por lo tanto, estos son acomodos arbitrarios de las estrellas sin existir relación intrínseca entre ellas mismas.

Para poder pasar al conocimiento del cielo a través de las constelaciones, es conveniente comenzar a manejar conceptos de cómo los astrónomos en la época reciente pueden ubicar los objetos celestes y determinar movimientos así como tiempos de visibilidad. Esto requerirá utilizar al máximo nuestra imaginación.

Comenzemos por imaginar que desde cualquier punto sobre el planeta Tierra, el cielo se nos

 presenta como una esfera hueca que nos rodea y vemos desde su interior. Esto se le reconoce como esfera celeste y todos los acontecimientos cósmicos ocurren en ella.

Como principio básico para iniciar nuestra ubicación, se requiere que podamos reconocer con cierta aproximación la dirección de los puntos cardinales fundamentales como son el Norte, Este, Sur y Oeste, tipicamente representados con las letras N, S, E, y W. En forma más fina, los puntos intermedios siguiendo el orden anterior son: Noreste NE, Sureste SE, Suroeste SW y Noroeste NW.

Por efecto de la rotación de la Tierra que ocurre en la dirección Oeste a Este, los cuerpos celestes parecen surgir por el Este y ocultarse por el Oeste.

Además de los puntos cardinales, hay que definir el punto aquel en el cielo que se encuentra directamente sobre nuestra cabeza y que se llama zenit.

Si trazamos una linea imaginaria que vaya desde el norte hacia el sur pasando por el zenit, tendremos la línea de culminación. Cualquier cuerpo celeste llega a su máxima altura sobre el horizonte al llegar a esta línea.

A partir de esta base es posible definir el azimuth y la altura de un cuerpo:

El azimuth es el horizonte, que es dividido en 360° a partir del Norte y girando hacia el Este. Así, el Norte es 0° de azimuth, el Este es 90°, el sur 180° y el Oeste 270°.

La altura de un cuerpo se mide a partir del horizonte donde es igual a 0°. La altura de un cuerpo que se encuentre sobre el horizonte será 90°. A la mitad de este arco será de 45°.

Esto, en principio, ya nos permite una forma sencilla de ubicar un cuerpo en el cielo. Ciertamente, una condicionante fundamental será el indicar el lugar, la hora y fecha en que se dá la posición, ya que estos valores dependen del punto sobre la Tierra donde nos encontremos y por el efecto de rotación y traslación de nuestro planeta, por lo que las condiciones cambian constantemente.

De esta forma, es posible indicar que desde Hermosillo el día 28 de febrero a las 21 hrs. tiempo local, la estrella Sirius (Alpha de Canis Major), la más brillante de todo el cielo, se puede localizar con un azimuth aproximado de 170° y una altura sobre el horizonte de 35°.

Aunque esto en principio nos resuelve un problema de ubicación inmediata de algún cuerpo visible a simple vista, no nos permitiría algo de mayor precisión como el localizar un cometa telescópico o una galaxia. Requerimos un sistema muchos más preciso para ésto.

Para ello recurriremos al reto de determinar la posición de un punto sobre una esfera la cual representa a la Tierra. Vamos a partir de tener que determinar sistemas de referencia en tal esfera, ya que de otra forma no nos será posible el ubicar algo en la misma.

En el caso de la Tierra podemos recurrir al hecho natural de tener una esfera en rotación. Esto nos permite determinar un eje de rotación imaginario. Los extremos de tal eje nos dan dos puntos sobre la esfera que rotan sobre si mismos y llamaremos polos. Uno de ellos lo llamaremos polo Norte y el otro polo Sur. Ya contamos con dos puntos de referencia.

Ahora, en base a estos dos polos, podemos dividir la esfera en dos hemisferios que tendrán en su centro los polos respectivos. La linea que divide y corta la esfera en dos mitades será el ecuador. A partir del ecuador, ya nos es posible el medir, en sistema angular, la distancia de algún punto al ecuador y en dirección hacia cualquier polo. La distancia obvia de los polos al ecuador será de 90°. Esto nos permite decir que Hermosillo, por ejemplo, se encuentra a una distancia del ecuador de 29° hacia el Norte. Ya tenemos un sistema de referencia que se llama latitud..

Sin embargo, tal medida de 29° puede ser en cualquier punto sobre la esfera, en el paralelo que corresponde a ese ángulo. Por lo tanto, requerimos de otro valor más para tener con precisión la ubicación de ese punto.

En el caso de esta medida, no hay una referencia natural. Aquí la determinación es más que arbitraria y tuvo que ver con el momento socio-político que permitió ubicar como punto de partida el poblado de Greenwich, en la Gran Bretaña. Tal lugar se determinó sería el inicio de la medida de la longitud, trazando líneas que van de polo a polo cruzando por el ecuador y llamadas meridianos. La medición se efectúa a partir del meridiano 0 o de Greenwich hacia el Oeste y hacia el Este. La medición no es contínua los 360°, sino que tiene como límite los 180°, que coincide además con la línea de cambio de fecha.

Estas dos referencias ya nos permiten el ubicar con la precisión que se desee cualquier punto sobre el planeta, determinando su latitud al norte o sur del ecuador y su longitud al Este u Oeste del meridiano de Greenwich.

La Tierra no es lisa como una bola de billar. Hay lugares mas elevados que otros. La base es el nivel del mar. Con ello podemos tener un parámetro adicional que será precisamente la elevación sobre el nivel del mar e.s.n.m. de cualquier punto en el planeta.

Una vez que hemos recordado el sistema de coordenadas geográficas, podemos pasar a lo siguiente: el cielo.

Vamos a puntualizar que el movimiento aparente de los cuerpos celestes o la bóveda celeste no son más que la proyección de los movimientos de rotación y traslación de la Tierra. El movimiento de rotación terrestre también permite la existencia del día y la noche.

De igual forma que establecimos un sistema de coordenadas en la Tierra, deberemos lograrlo para la esfera celeste.

En principio, como ya declaramos que la esfera celeste gira por proyección de la rotación de la Tierra, es posible que prolonguemos imaginariamente hacia el espacio el eje de rotación terrestre a dos puntos en la esfera que girarán sobre si mismos. Por lo tanto, tendremos ahora los polos celestes norte y sur. 

Ahora, con el mismo fundamento que dividimos el globo terraqueo en dos hemisferios, podemos hacerlo con la esfera celeste trazando un ecuador celeste y tendremos así, un hemisferio norte celeste  y un hemisferio sur celeste.

Esto ya nos permite, como en el caso de la Tierra, indicar la pocisión de un cuerpo celeste a partir de su distancia al ecuador celeste hacia cualquiera de los dos polos celestes en arcos de 90° cada uno, siendo 0° en el ecuador celeste y +90° en el polo norte celeste y -90° en el polo sur celeste. Aquí no utilizaremos los términos norte y sur, sino positivo (+) o negativo (-). A este medición le llamaremos Declinación.

De nuevo, como en el caso de la Tierra, una sola medida no nos permite localizar un objeto celeste. Requerimos de otra más. Por fortuna en este caso no fue tan arbitraria como la longitud terrestre y se basó en un fenómeno natural.

Supongamos que la Tierra tuviese su eje de rotación perpendicular al plano de su órbita alrededor del Sol. Los rayos solares siempre llegarían directamente al Ecuador terrestre y veríamos al Sol siempre en la misma posición en el cielo proyectado en el ecuador celeste. Sin embargo, no es así: el eje de rotación de la Tierra se encuentra inclinado con respecto al plano de su órbita por 23° 27'   Esto produce las estaciones y no como erróneamente se cree, la aproximación o alejamiento de la Tierra al Sol.

 Por lo tanto, los rayos solares en ocasiones inciden más directamente en el hemisferio norte terrestre o seis meses después en el hemisferio sur. Visto de otra forma y más cercano a nuestra experiencia, si somos habitantes del hemisferio norte veremos en el verano al Sol alto en el cielo, mientras que en el invierno lo veremos en el punto más bajo. 

Esto significa que el Sol sube y baja sobre el ecuador celeste trazando una clara trayectoria a la que se llama eclíptica. Las mayores distancia del Sol al ecuador celeste, moviéndose sobre la eclíptica son de 23.5° al norte y 23.5° al sur.

Ya que la Tierra se mueve en torno al Sol en dirección contraria a las manecillas del reloj visto desde el norte, desde nuestra posición en el planeta el Sol se traslada durante el año en el cielo de oeste a este. Habrá por lo tanto dos puntos en los que el paso del Sol llegue directamente al ecuador celeste o, dicho de otra forma, se intersectan la eclíptica y el ecuador. Estos puntos o nodos se definen como ascendente cuando el Sol comienza a desplazarse sobre el ecuador y descendente cuando lo hace bajo el mismo. Coinciden con los equinoccios de primavera y otoño en el hemisferio norte u otoño y primavera para el hemisferio sur, respectivamente.

Al nodo ascendente también se le conoce como punto vernal. 

Es este punto precisamente el cual es tomado como referencia en el cielo para medir el equivalente al Meridiano de Greenwich en la Tierra y que permite así establecer la segunda referencia.

Partiendo del punto vernal, tenemos un giro total de 360° sobre el eduador celeste en dirección oeste a este. Aunque es posible y en ocasiones se mide en grados, normalmente esta medición, la ascensión recta, se mide en horas, minutos y segundos, ya que los 360° han sido divididos entre 24. A cada hora de ascensión recta le son equivalentes 15°.

Esto ya nos permite tener un sistema de coordenadas celestes que se miden en Declinación y Ascensión Recta, normalmente abreviadas como Dec y A.R. Podemos así decir que, por ejemplo, la constelación de Orión se encuentra entre las 05 y 06 horas de A.R. y ± 10° de Dec. La posición de un cuerpo puede ser data con extrema precisión, marcando en A.R. horas, minutos, segundos, décimas y centésimas de segundo. Igual en Dec se pueden indicar grados, minutos de arco, segundos de arco, décimas y centésimas de segundo de arco.

Sin embargo, aqui hay una variable que deberemos tener en cuenta: el punto vernal no tiene una pocisión fija, sino que cambia con el tiempo ocasionando, a su vez, que las coordenadas de todos los cuerpos se vayan modificando lentamente con los años.

La causa son los diferentes movimientos de nuestro planeta, la Tierra. Son fácilmente reconocidos dos de estos movimientos que ya han sido mencionados: la rotación en torno al eje y la traslación en torno al Sol. Pero hay dos más y los podemos visualizar si recordamos el giro de un trompo.

Al poner en movimiento el trompo (o un giroscopio) en una superficie lisa, podremos ver en principio la rotación sobre su eje. Luego, la punta del trompo se desplazará lentamente sobre la superficie: se está trasladando. Pero, además, podemos ver que el trompo no permanece vertical o perpendicular a la superficie sobre la cual se mueve, sino que se inclina y tiene un "bamboleo" suave. Esto se llama preseción o movimiento de rotación del eje.

Viendo en mas detalle, podríamos ver que tal movimiento no es contínuo, sino sinuoso. Este otro desplazamiento se conoce como nutación. 

La duración de una precesión completa es de 26,000 años, mientras que el tiempo de una nutación es de 18.6 años.

La forma más inmediata de ver estos efectos es revisando el punto hacia el cual apunta en el cielo el eje terrestre. En la época actual, el eje apunta hacia una estrella muy conocida y básica en otros tiempos para la navegación: Polaris o la estrella más brillante de la Osa Menor. Sin embargo, como podemos ver en estos esquemas, tal estrella no será la que coincida con el polo norte celeste en cualquier tiempo:

La estrella polar en el año 3000 antes de la Era Cristiana fue Thuban. En el año 14,000 de nuestra era, la estrella polar será Vega.

Lo anterior implica que las coordenadas celestes sean ajustadas contínuamente. Durante una observación en un gran telescopio, el software de control y posicionamiento del mismo esta ajustando al segundo de arco por el efecto de preseción. Hay en la actualidad mucho software que facilita este trabajo.

Al adquirir mapas o cartas estelares, es posible ver una indicación que dice Época XXXX, refiriéndose a que las posiciones de los cuerpos corresponden al cálculo sobre una fecha dada. En el presente todos los mapas se producen para le Época 2000.

USO DE CARTAS ESTELARES

por Fernando Ávila Castro.

A primera vista puede parecer complicado usar estos mapas estelares, sin
embargo veremos que ademas de sencillos son versátiles.

Para orientarnos por primera vez, es importante que sepamos que son los
asterismos. Un asterismo es un grupo de estrellas fácilmente reconocible.
Ejemplos pueden ser las Pléyades, el cinturón de Orión, la Osa Mayor.
Unos no tan conocidos y muy útiles con el triángulo de verano y el de invierno.
Para reconocer el triángulo de invierno, empezaremos con el cinturón de Orión.
Si seguimos la linea recta hacia abajo, veremos que nos lleva directamente a
una estrella muy brillante, la mas brillante de hecho: Sirio en el Can Mayor.
Arriba del cinturón de Orión, a al tenemos otra estrella brillante, pero esta
tiene un tinte rojo-anaranjado. Es Betelgeuse.
Ya tenemos 2 vértices del triángulo, y el tercero es fácilmente reconocible
ya. Es Procyon en el Can Menor. Forma un triángulo perfecto con las otras dos
estrellas.
El de verano no es tan trivial. Se compone de las estrellas Vega en Lyra,
Altair en Aquila y Deneb en Cygnus.
Otro asterismo útil, es la Osa Mayor, ya que nos sirve de guía para encontrar
otras estrellas.
Si seguimos la curva de la cola, nos toparemos con Arcturus, en Bootes.
Arcturus es una estrella brillante, de color naranja. Si proseguimos mas alla
de Arcturus, daremos con Spica, una estrella blanco-azul, la mas brillante en
Virgo.
Con el otro extremo de la Osa Mayor, usando las estrellas Merak y Dubhe,
haremos una linea hacia arriba, y llegaremos hasta Polaris, la estrella polar.
Polaris es la punta de la cola de la Osa Menor, y es la estrella mas brillante
en esa zona del cielo, así que no debemos de tener problemas para
identificarla.
Teniendo ubicado el norte, podemos usar estos mapas de manera sencilla usando
los asterismos y constelaciones conocidas.
Cuando queramos usar el mapa, daremos la espalda al norte y levantaremos el
mapa con ambos brazos. Podremos ubicarnos fácilmente al ver las cosas hacia el
frente y en el cenit, arriba de nuestra cabeza. Para observar hacia los lados,
no debemos darnos la vuelta, sino solo girar nuestro tronco mientras
mantenemos los brazos levantados y rígidos. Así se conservara la perspectiva.
Otra herramienta útil en este nivel de observación es nuestra mano.
Si extendemos el brazo y extendemos los dedos meñique y pulgar, la distancia
entre ellos será aproximadamente 15 grados. Si cerramos el puño, la distancia
que abarcan los nudillos serán 5 grados. Medio pulgar, será un grado.
Como referencia, el diámetro de la Luna llena mide medio grado.

A estas alturas, debe de estarse preguntando que significan todos los números
y marcas que aparecen en el mapa, y para que sirven.
De igual manera que se hizo en la Tierra, se crearon marcas de referencia para
poder ubicar objetos en el cielo. Se partió de eventos naturales para
fijarlos. El primero fue el ecuador celeste, como una proyección del ecuador
terrestre. Divide los dos hemisferios, norte y sur. Se usa como referencia
para medir la Declinación de un objeto. Así, tendremos que el el ecuador es 0º
y polo norte celeste será 90ºN y el sur 90ºS. El uso de los signos + y - como
alternativa, es perfectamente válida.
Para medir de Este a Oeste, haremos algo similar a lo hecho en la Tierra.
Dividiremos la esfera celeste en 24 horas. Para fijar el punto de partida
usaremos la eclíptica. La eclíptica es el camino que sigue el Sol en su paso
por el cielo. Podemos verla en el mapa como la linea que oscila sobre el
ecuador. Tiene su máximo, mínimo y dos nodos, que es donde cruza al ecuador.
Cualquiera de estos puntos (que coinciden con los cambios de estación en la
Tierra), tiene la misma importancia que los demás. Se ha escogido el nodo que
indica el cambio a la primavera en el hemisferio norte. Será la 0h, y de oeste
a este contaremos. En el mapa es derecha a izquierda.
Así, podemos decir que Betelgeuse se encuentra a las 6h y 8ºN.
Debido a que la Tierra presenta el movimiento llamado precesión, es necesario
actualizar cada cierto tiempo los mapas. Los mapas que tenemos, son Epoch
2000, es decir, están calculados para el año 2000. Como el cambio es mínimo,
solo se actualizan cada 25 o 50 años dependiendo su uso.
Ya que andamos con fechas, ya deberíamos habernos dado cuenta que en la parte
inferior, hay fechas debajo de las marcas de ascensión recta.
Estos mapas, ademas están calibrados para las 20:00. Es decir, si por ejemplo
yo salgo el día 20 de febrero a las 8 de la noche, veré que todas las
estrellas que se encuentren con ascensión recta de 6h, estarán cruzando el
cielo atravesando el cenit.
De esta manera puedo saber como se verá el cielo cualquier día del año.
Sin embargo, si yo quisiera saber a que horas veré a Regulus de Leo en la
linea de cenit, ese mismo día del 20 de febrero, haré lo siguiente. El 20 de
febrero corresponde a las 6h. Regulus se encuentra a las 10h. Es decir, hay 4h
de diferencia angular, pero también corresponden a 4 horas en tiempo. Esto
significa que el 20 de febrero a las 24 horas tendré a Regulus sobre la linea
del cenit.
De la misma manera, puedo planear una observación. Por ejemplo, quisiera
observar a la galaxia de Andrómeda, M31, a las 4 am. Se que M31 se encuentra a
1h (redondearemos para el ejercicio). De 4 am a 8 pm son 8 horas de
diferencia. Así que me recorreré 8 horas en ascensión recta hasta las 17h que
corresponde al día 8 de agosto.
El siguiente punto que tenemos que saber, es el concepto de ventana. Hasta el
momento solo hemos considerando la linea sobre nosotros, pero en realidad
tenemos los 180 grados o 12h de bóveda celeste.
Con el ejemplo que teníamos de Betelgeuse también veré 6h a la izquierda
y 6h a la derecha, abarcando de 0h hasta las 12h. Sin embargo pocas veces
tenemos un horizonte completamente despejado, y si lo tuviéramos, la calidad
de observación es pobre a alturas tan bajas. Así que tranquilamente podemos
quedarnos con una ventana de 10h, o con la que este acorde a nuestras
necesidades.
Un ejemplo mas es el siguiente, si quiero saber que día voy a ver salir a
Regulus a las 9 pm haré lo siguiente: Regulus se encuentra a las 10h, y
suponiendo un horizonte plano, significa que el cenit se encontrara a las 4h.
No puedo agarrar la fecha de las 4h, puesto que es para las 8 pm, y yo la
necesito para las 9 pm, así que me recorreré una hora hacia la derecha del
mapa, a las 3h que corresponde al día 5 de enero.
Con estos simple mapas, hemos visto que podemos no solo orientarnos, sino
planear una observación con tiempo, o incluso hasta saber que día es
dependiendo de la posición de las estrellas.
Hasta la próxima, buenos cielos.