Solsticio blues

Solsticio

El domingo 21 de junio a las 16,38 horas universales (UTC)*, se producirá el solsticio de invierno.

La palabra Solsticio significa sol quieto y denomina dos sucesos trascendentes que la mayoría de los mortales ignoramos por completo, tal nuestra entrega a valores y conocimientos que nada tienen que ver con el mundo real: el Sol, en su paso diario aparente, alcanza en los días solsticiales los puntos más alejados del ecuador celeste*, esto es, los puntos más bajo y alto sobre el horizonte local.

En particular, el próximo 21 de junio a las 13,38 horas locales, el Sol se hallará en el punto más bajo del año con respecto al horizonte norte. El solsticio siguiente se producirá el 22 de diciembre a las 4,48 UTC, será el instante en que el sol se encuentre en el punto más alto del cielo con respecto a nuestro horizonte norte.

Los solsticios se han tomado como cota de las estaciones invierno y verano. Este 21 de junio, en el hemisferio norte dará inicio la etapa vernal del año; en la linda Argentina, en cambio, se da su contraria, la etapa invernal.

Cómo comprobar un solsticio.

El solsticio -la cota límite del sol con respecto al horizonte- se comprueba mediante el registro de una serie de sombras en jornadas sucesivas, durante el transcurso del año.

Para formarse una idea del paso variable del sol sobre el horizonte basta con percatarse de las largas sombras del invierno en contraste con las sombras cortas o nulas del verano (la longitud de las sombras dependerá de la latitud del observador y de la estación). Entre los trópicos el sol alcanza el cenit y por tanto habrá entre dichas latitudes 2 días en que un gnomon no proyectará sombra).

Para hacer un registro científico, es menester ser precisos. Las sombras deben ser medidas con constancia, y la única válida para el registro será la más corta de cada jornada. Esta sombra  “corta” -que por supuesto indica por oposición el punto más alto alcanzado por el sol ese día-  será la que señale el medio día solar del observador.

Es inoportuno registrar cualquier sombra; debe tomarse la cota de una sombra en especial, cada día. Esta sombra “especial” conviene que sea la llamada sombra meridiana, o sombra más corta del día.

Por supuesto, cualquier sombra podría servir si se tiene el cuidado de compararla con otra tomada a la misma hora de cualquier otro día, pero entonces necesitaremos de un reloj. Mientras que la sombra meridiana “es un reloj” en sí misma.

Veamos algunas imágenes de la altura del sol sobre nuestro horizonte.

Como se ve, los días 21 y 22 el sol parece no haber subido o bajado de un determinado sitio “altura” sobre el horizonte. Eso es el solsticio, el sol quieto, el sol-en-su-sitio. En la imagen final recreación del día 30 de junio el sol se ve claramente más arriba, más alto sobre el horizonte.

Si prestaste atención a la hora civil indicada en el reloj de abajo a la derecha (13:08:19 para el 30/06) sabe que esa es la hora civil, falsa, que corresponde a una generalización de la hora para uso de las personas (del comercio). La hora solar será siempre otra, indicada como ya dije por la meridiana. La hora solar no se condice con la civil porque la órbita terrestre no es circular, es elíptica. Las órbitas elípticas implican o producen sobre el móvil (el planeta) diversas velocidades de traslación. Esto es tema de otra nota, pero les digo que esa dispar velocidad orbital fue constatada por Kepler quién pudo incluso elaborar una función para su mensura. La 3ra ley de Kepler puede constatarse con claridad por medio de matemáticas de secundaria.

Pero… ¿por qué se producen los solsticios? ¿Cómo se producen? No termino de entender.

La Tierra gira sobre sí sobre un eje imaginario.

Este eje, hace 3.500 millones de años, tenía una inclinación muy baja o nula con respecto al plano sobre el cual avanzaba en la órbita en torno al sol.

De ese modo, el sol siempre incidía perpendicular* sobre el ecuador terrestre. Allí hacía un verano permanente. Sobre las latitudes medias, sin embargo, sucedía una primavera infinita -y otoño, conforme se avance en latitud. Sobre las latitudes extremas enseñoreaba el invierno por siempre jamás.

Pero aconteció que un planeta pretérito (llamado hoy Theia) impactó con la Tierra antigua. Este planeta cedió parte de su masa al nuestro y el resto, por rebote, quedó orbitando al maltrecho mundo hasta que aglutinó en una o más lunas. Hoy es por ello que contamos con el satélite tan bello y con… el eje de la Tierra inclinado.

El impacto fue tan grande que el eje mismo de la Tierra se inclinó unos 23 grados. Esta inclinación del eje derivó en que las estaciones se sucedan (antes eran eternas), pues el eje está inclinado en una orientación determinada, y esta orientación se mantiene invariable (casi) a lo largo de todo el año, es decir, la órbita. Luego, el eje apunta ora hacia el sol, ora hacia afuera, hacia otras estrellas.

Como sucedáneo, ora el sol incide de pleno sobre el hemisferio norte, ora impacta perpendicular sobre el hemisferio sur.

En este momento, el eje terrestre apunta de lleno con su extremo norte hacia el sol. El astro incide perpendicular sobre el trópico norte y, así, en aquél hemisferio acontece el verano. En nuestro querido medio planeta entramos en el invierno.

A partir del domingo el sol irá ascendiendo en apariencia porque el planeta se desplaza sobre la órbita y de ese modo, cada mañana, el horizonte local de cada observador del sur vera al sol alzarse un poco más al sur, cada mañana, despacito, casi sin querer, hasta que comience a calentar de nuevo y renazca el mundo.

 Para ejemplificar la cuestión saqué unas fotos dónde creo que puede verse el suceso:

Irradiación en esta época del año, sobre el Hemisferio Norte.

Irradiación durante el equinoccio.

Junio: Solsticio vernal o de verano para el Hemisferio norte.

Equinoccio.

Diciembre:
Solsticio de verano para el hemisferio sur.

Equinoccio.

*La hora universal o UTC (Coordinated Universal Time) es la hora civil del meridiano de Greenwich. A nuestra zona geográfica le corresponde una corrección de -3 horas con respecto a la UTC. Es decir, cuando en el meridiano Greenwich sean las 0 horas del día 21 de junio en la cocina donde escribo aún estaré viviendo el día de la Bandera Argentina: serán las 21 horas del día anterior. La hora civil varía de un área a otra del mundo (en distintas longitudes delimitadas por 15° de arco) porque aquello que decimos “hora” (o meridiano, o longitud geográfica) no es más ni menos que cierta proyección del sol sobre la superficie terrestre.

La hora solar verdadera, distinta de la hora civil, se mide siempre en función de la sombra menor que una regla o gnomon proyecta sobre la superficie local o del observador. Esta sombra corta (la menor del día) es única para cada longitud y se le llama meridiana. La trascendencia de la meridiana radica en que ella señala o evidencia la dirección del eje terrestre en función del Sol. La sombra meridiana (un trazo sobre el piso o sobre el patio de la escuela) indica la ubicación del norte sur geográfico, distinta de la orientación N-S magnética, la cual varía conforme se desplazan los polos magnéticos, tema para otra nota.

**El ecuador celeste es una proyección imaginaria del ecuador terrestre.

El ecuador terrestre se halla con relativa facilidad: es el único círculo del mundo desde el cual, durante los equinoccios, se ve a las estrellas alzar sin declinación, esto es en un ángulo de 90° con respecto al horizonte. En cualquier otra latitud terrestre, durante esos días tan especiales, las estrellas ascienden y descienden en apariencia con un ángulo igual a dicha latitud.

Los equinoccios son aquellos días en que las horas de luz y de oscuridad tienen la misma duración. Durante estos días el sol transita sobre el ecuador celeste. Los equinoccios son aquellos días sitos entre los dos extremos solsticiales, es decir, el ecuador geográfico equidista de los sitios geográficos llamados trópicos.

Los trópicos son los círculos geográficos  donde se verifica una sombra meridiana nula, es decir, el paso del sol por el cenit. Más allá de estas latitudes en cualquier día del año siempre un gnomon arrojará sombra.

De este modo simple, tan solo con medir la longitud de las sombras meridianas durante los solsticios, fue que los antiguos observadores determinaron la inclinación del eje terrestre. Esta inclinación se mide con respecto al plano de la órbita de nuestro planeta en torno al sol, la cual es de casi de 23,5°. Se le llama Oblicuidad de la eclíptica. La eclíptica es una circunferencia aparente, trazada por el paso aparente del sol. Si así sigo, esto no termina.

*** El ángulo con que el sol incida sobre la superficie terrestre es lo que determina la cantidad de calor recibido sobre tal hemisferio. Las planchas de cocina son planchas precisamente porque solo la perpendicularidad de una radiación garantiza una temperatura máxima transmitida. Cuando el sol incide en un ángulo diverso del recto, entonces la cantidad de calor luz varía en función inversa con el ángulo: a mayor ángulo, menor radiación solar por área. Esto se verifica con una linterna: si alumbras una hoja de papel con una linterna elevada en perpendicular, la zona radiada es un círculo; si iluminas esa misma hoja de papel con la misma linterna (la misma radiación) pero en un ángulo equis, la zona irradiada será ahora una elipse y su área, por fuerza, será mucho mayor. Es decir, una misma radiación para un área mayor. Esto es el invierno.