Meridiana,
astronomía de día:
La radiación solar,
declinación
solar,
las estaciones.
Radiación: la radiación es uno de los fenómenos
mediante los cuales la energía puede emitirse o transmitirse. Los restantes son
la conducción y la convección. El mango metálico de una pava, colocada sobre
una hornalla encendida, aumentará su temperatura por conducción.
Si colocamos agua en la pava, cuando esta comience a hervir, veremos esferas de
líquido ascender y deshacerse en contacto con el aire. El agua estará
transmitiendo el calor que recibe desde la base por medio del fenómeno de convección. Por último, luego de apagar la hornalla, si
acercamos la palma de la mano con cuidado, notaremos el calor que la pava aún
irradia. Este experimento debiera de ser realizado por todos y todas. En principio,
se constatará que existen radiaciones invisibles y este puede ser un importante
disparador para nuevas investigaciones: ¿Por qué la radiación de la pava es invisible?
¿La radiación del sol es toda visible? ¿Cuándo veo la luz del sol, estoy viendo
la radiación calórica de este? Son preguntas válidas e interesantes, y podría
plantearme muchas más, es solo un ejemplo.
El sol es una esfera de
plasma radiante. El
plasma es un gas que ha perdido electrones de sus átomos constituyentes*. Cuando
un gas sufre la pérdida de electrones se dice que está ionizado o que se halla
en estado de plasma. Más, cuando un átomo ha sido ionizado, sufre un
desequilibrio y el átomo tiende a estabilizarse mediante la recaptura de electrones
libres. Al lograrlo, estos átomos emiten un fotón.
Los fotones, emitidos por átomos de la fotosfera solar, constituyen lo que llamamos radiación visible o luz, la cual se transmite por el
espacio en forma de ondas llamadas ondas
electromagnéticas.
Las ondas, cualquiera sean sus frecuencias o
longitudes, siempre transmiten energía**.
La energía transmitida por las
ondas electromagnéticas que llegan a la superficie terrestre en parte es reflejada
y en parte es absorbida por los átomos que forman la atmósfera, los mares, la tierra
y el conjunto de seres vivos. Esta absorción genera nuevos desequilibrios que
tomamos como fenómenos naturales: hablo de los vientos, las corrientes marinas,
las glaciaciones y deshielos, las diversas cadenas tróficas, entre otros.
Irradiación solar: La
irradiación solar es la cantidad de radiación que incide sobre una determinada
área terrestre. Su unidad es la irradiancia y la medimos en watts por metro
cuadrado: I= W/m²***.
Sobre la superficie de un planeta
que girara perpendicular a su plano orbital, la irradiación sería máxima en el
ecuador, por incidir la radiación perpendicular a él, y mermaría en latitud en
tanto esta tienda a los polos, sitio en el cual la irradiación sería nula. En
este planeta hipotético, un verano eterno enseñorearía sobre su ecuador;
primaveras eternas habría en sus trópicos y algo más allá; luego, otoños sin
término; y, al fin, inviernos de crudeza sin razón.
Pero nuestro planeta tiene su eje
de giro inclinado con respecto al plano de su órbita; luego, no siempre
encuentra a su ecuador perpendicular a la radiación recibida. Las áreas que
reciben perpendicular la radiación solar se suceden en el año (de trópico a trópico)
y el resto de geografías ve así morigeradas sus temperaturas como efecto
directo de un valor de irradiación variable sobre cada área.
Una irradiación que se produce
por incidencia no perpendicular a la superficie es una cantidad de energía que
se divide en un área de superficie mayor. Realizar la experiencia:
Sobre los trópicos o ecuador:
Sobre latitudes mayores:
Esta variación en la irradiación,
según sea el ángulo que la superficie del planeta forma con los rayos de luz,
puede visualizarse con una linterna y una hoja de papel cuadriculado:
Si iluminas la hoja, perpendicular
a ella, desde una altura fija cualquiera, contarás un número de cuadritos
iluminados; luego, si inclinas la linterna sin modificar su altura, verás que
sobre la hoja se han iluminado un número de cuadritos mayor al anterior. Es
lógico deducir que, en el segundo caso, la energía radiada sobre la hoja es la
misma (porque la linterna no se ha alejado), pero es mayor la superficie
iluminada. Luego, la irradiación resultante será menor (w/m²).
Las estaciones: El
registro sucesivo de sombras meridianas, generadas por un gnomon a lo largo de los
meses del año, nos demuestra que estas (las sombras) se modifican en longitud,
si bien no en su orientación.
Durante los meses estivales la
sombra meridiana alcanza un mínimo de longitud para el hemisferio en cuestión,
índice de que el sol ha logrado su punto más alto sobre el horizonte del
observador (es decir, su irradiación es máxima para ese hemisferio); allí queda
quieto en apariencia (solsticio vernal) y luego comienza a descender hasta dar
con la otra cota límite (6 meses después), la menor altura del sol sobre el
horizonte del observador (solsticio invernal- su irradiación es mínima en este
hemisferio).
Solsticio significa sol
quieto o sol en su sitio.
La variación de la altura h del
sol la medimos con respecto al horizonte del observador. Pero esa cota solo será
válida para el observador local; para generalizar el dato es que referimos
dicha variación al ecuador celeste. La misma recibe el nombre de declinación y
se simboliza δ.
La declinación δ solar
se mide en función del ecuador celeste.
El ecuador celeste es
la proyección imaginaria del ecuador terrestre sobre el cielo.
Cuando el sol transita
por el ecuador celeste su declinación δ es nula o cero.
Cuando el sol se aparta (declina)
del ecuador celeste hacia el sur, por convención se dice que su declinación
aumenta en grados negativos -δ; por el contrario, cuando el sol declina hacia
el norte su variación se registra con grados positivos δ.
Los días en que el astro transita
el ecuador celeste son dos, reciben el nombre de equinoccios. Equinoccio alude
a la simetría (equal, igual; nox, noche) entre las horas de radiación y de
noche que -en teoría- tiene un área cualquiera. Dije en teoría porque la paridad no se registra en visual, ya que la
refracción atmosférica nos muestra al sol sobre el horizonte minutos antes de
que en realidad aparezca, y continúa mostrándole minutos después de que en
realidad ha desaparecido.
Los días solsticiales, sumados
los días equinocciales, marcan inicio y final de las cuatro estaciones para
cada hemisferio.
La declinación solar variable
es el origen de la diversa irradiación, es decir, de las estaciones.
Puesto que la
irradiación de los territorios sucede con diversos ángulos de incidencia, varía
la cantidad de energía absorbida por las distintas áreas geográficas.
La máxima radiación solar se
verifica en las zonas sitas entre los trópicos porque allí la energía incide
perpendicular a la superficie.
¿Por qué el sol incide
con diverso ángulo a lo largo de un año, sobre la Tierra?
La causa de la declinación solar
variable es el ángulo que el eje terrestre guarda con respecto al plano de la
órbita del planeta en derredor al Sol.
Imaginemos la órbita terrestre
como una trayectoria (elipse) inscrita sobre un plano. Este plano es aparente y
le llamamos eclíptica -o eclíptico- porque sobre él suceden los eclipses.
El eje de giro de la Tierra se
mantiene en una determinada posición (groso modo), inclinado con respecto a la
eclíptica casi 23,5°. Así, cada polo apunta más o menos sobre un mismo punto
entre las estrellas. En el caso del hemisferio sur celeste, el polo apunta muy
cerca de la estrella sigma octantis, la cual no es visible sin telescopios.
Punto celeste sobre el que se
proyecta el eje de giro terrestre en el hemisferio sur.
Al estar inclinado el eje
terrestre, los polos geográficos se alternan, apuntando, ora hacia afuera, ora
hacia adentro del plano de la eclíptica.
Solo dos fechas hay en que los
polos equidistan del plano eclíptico, estas son las posiciones equinocciales.
Las posiciones de la tierra distintas de las equinocciales siempre mostrarán un
polo inclinado hacia dentro de la eclíptica –el cual sufrirá mayor irradiación-
y otro hacia afuera del plano imaginario eclíptico –el cual sufrirá menor irradiación-.
La inclinación del eje de la
Tierra parece haber tenido su origen en un antiguo impacto del planeta con un
cuerpo pretérito del tamaño de Marte (bautizado Tehia). Como resultado de tal
cataclismo la Tierra engrosó su núcleo, su eje quedó inclinado y los materiales
excedentes -que fueron expulsados por reacción ante el impacto- cuajaron en una
o dos lunas (no se sabe bien aún), hoy fundidas en la única Luna que vemos.
*La
ionización de los átomos, es decir, su estado plasmático, puede lograrse por diversos
fenómenos que incrementen sus estados de
energía: presión/temperatura, intensidad de campos electromagnéticos, etc. Nuestro
sol -formado en un 80% por hidrógeno (H)- genera la ionización de esos átomos aún
en capas externas, las cuales radian hacia el espacio. En un plasma no existe
ligadura electromagnética entre los núcleos del elemento -protones (p +)- y sus
electrones (e -), ligadura que, en el caso del hidrógeno, sí existe cuando
forma moléculas de agua (H2O) en la tierra, por ejemplo.
**Las
ondas portan energía. Este es otro tópico disparador de fructíferas
investigaciones. Puede experimentarse con sogas y tachos, con sonido, con niños
que agiten las aguas de una pileta, con mecheros y metales, si se dispone de
laboratorio.
***
La energía solar se mide en watt x segundo, esto es Julios: 1 J = 1 W.s Otras
equivalencias útiles son el W/h (vatio hora) que
equivale a 3600 Julios y el KW/h
(kilovatio hora) que equivale a 3,6 .106 Julios. Existen
interesantes estudios sobre irradiación solar en Argentina:
Sergio Galarza.
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