Esfera celeste

La esfera celeste es una esfera imaginaria de radio sin definir y con la Tierra en el centro, sobre la cual se proyectan las estrellas para estudiar sus posiciones. En esta esfera representamos las coordenadas de las estrellas y otros objetos celestes, así podemos situarlos con precisión en el firmamento.

Nuestros ojos nos permiten una visión tridimensional del mundo que nos rodea, es decir, que podemos percibir la profundidad de los objetos que observamos, pero sólo hasta cierta distancia. Cuanto más lejos se encuentra un objeto, más perdemos esa capacidad. Esto ocurre con las estrellas y otros astros celestes.

En el firmamento, esta falta de profundidad llega a su punto máximo: objetos muy alejados entre sí, como la Luna, una estrella, una galaxia, o simplemente las estrellas que forman una constelación, situados a distancias muy distintas de nosotros, nos parecen equidistantes de la Tierra.

Y es esta percepción visual lo que nos permite hablar de la esfera celeste, ya que el cielo estrellado produce la impresión de esfericidad. En lo que hace referencia a observaciones, podemos tratar el cielo como si las distancias que nos separan de los objetos celestes fuesen todas iguales.

Los elementos de la esfera celeste

La esfera celeste tiene varios elementos (puntos, ejes y planos) que se definen a partir de los movimientos que observamos y que son consecuencia de los movimientos de la Tierra. El centro de la esfera celeste es la Tierra (el observador), puesto que los cálculos matemáticos se realizan con mayor facilidad desde nuestra posición. A partir de ahí se definen todos los elementos que la componen.

En la siguiente imagen se observa un esquema de la esfera celeste, representada en tres dimensiones. En su centro está la posición del observador en la Tierra. Desde el centro nacen los ejes que apuntan a puntos muy concretos.

Esquema de la esfera celeste
Esquema completo de la esfera celeste. En esta representación tridimensional de la esfera se identifican los elementos más importantes.

El eje del mundo y los polos celestes

Si prolongamos el eje de rotación (en azul) de la Tierra hasta cortar la esfera celeste, el punto proyectado a partir del Polo Norte será el Polo Norte celeste o \(P\), y el punto proyectado a partir del Polo Sur será el Polo Sur celeste o \(P'\). Este eje trazado entre los puntos \(P\) y \(P'\) es conocido como eje del mundo.

Por lo tanto, el eje del mundo es una extensión imaginaria del eje de rotación terrestre, con una inclinación de 23,44°. Teniendo en cuenta que la esfera celeste no tiene un diámetro definido, podemos afirmar que el eje del mundo tiene la misma distancia indefinida, ya que corta a la esfera en los dos puntos ya mencionados.

La esfera celeste realiza un “giro” sobre el eje del mundo en el transcurso del día, llamado movimiento diurno. Se trata de un movimiento aparente porque la que gira realmente no es la esfera celeste sino la Tierra. Los únicos puntos que siempre se observan en el mismo lugar son los polos celestes.

El ecuador celeste, los paralelos y los meridianos

El ecuador celeste es la extensión imaginaria del ecuador terrestre hasta cortar la esfera celeste. Es un plano diametral ortogonal al eje del mundo; este significa que el eje del mundo es perpendicular a este plano. También es el círculo máximo que surge de la intersección de este plano con la esfera celeste.

Los planos paralelos al plano del ecuador celeste se llaman paralelos celestes, y son círculos menores de la esfera celeste. Por su parte, los meridianos celestes son círculos máximos que cortan la esfera celeste pasando por el eje del mundo. Los meridianos celestes pasan por los puntos \(P\) y \(P'\).

Además, cabe señalar que los paralelos celestes son la proyección de los paralelos terrestres en el firmamento. Y lo mismo ocurre con los meridianos celestes, que son la proyección de los meridianos terrestres. Pero hay una diferencia importante: el paralelo y el meridiano de referencia son diferentes.

Mientras que el paralelo de referencia es el mismo en la Tierra que en el cielo (el ecuador), el meridiano de referencia es otro. En la Tierra, el meridiano terrestre de referencia es el que pasa por el Observatorio de Greenwich; en la esfera celeste, el meridiano de referencia es el punto Aries y recibe el nombre de coluro equinoccial. A partir de ese punto empieza a contarse la ascensión recta.

La vertical, el Cenit y el Nadir

Partiendo de la posición de un observador situado en la Tierra, se traza un eje totalmente vertical hasta cortar la esfera celeste. Este eje (en naranja) se llama la vertical o la la vertical de un lugar. Este eje representa el diámetro de la esfera celeste dado por la dirección de la plomada.

La prolongación de este eje (la vertical) hasta la intersección con la esfera celeste en el hemisferio visible, es decir, arriba, indica un punto astronómico llamado Cenit o \(Z\). En cambio, la prolongación de este eje hacía abajo, en el hemisferio no visible, indica el punto astronómico opuesto al anterior, llamado Nadir o \(Z'\).

El horizonte astronómico y otros elementos

El horizonte astronómico es un plano imaginario que pasa por el observador y es perpendicular (diametral ortogonal) a la vertical. Este plano imaginario es un círculo máximo que corta a la esfera celeste por la mitad, dividiéndola en dos hemisferios idénticos: el hemisferio visible (norte) y el hemisferio invisible (sur).

Alrededor del horizonte astronómico y partiendo de la posición del observador se encuentran los cuatro puntos cardinales: \(N\) (norte), \(S\) (sur), \(E\) (este) y \(O\) (oeste). Estos puntos se encuentran prolongando los dos ejes de dirección (en verde) hasta la intersección con la esfera celeste, y nos servirán de referencia.

El eje de dirección (en verde) que queda entre los puntos cardinales \(N\) (norte) y \(S\) (sur) se llama meridiana. Este eje representa el diámetro determinado por la intersección del plano meridiano con el horizonte astronómico.

En cambio, el eje de dirección (también verde) que queda entre los puntos cardinales \(E\) (este) y \(O\) (oeste) se llama perpendicular, y representa el diámetro determinado por la intersección del plano meridiano con el ecuador celeste.

El ángulo formado por la meridiana y el eje del mundo se llama latitud del lugar. La latitud proporciona la distancia de un lugar en dirección norte o sur desde el ecuador, expresada en grados. En cambio, su ángulo complementario (90° - \(\phi\)) se denomina colatitud, y es el ángulo formado por la vertical y el eje del mundo.

El meridiano celeste (en naranja) que pasa por \(Z\) y los puntos cardinales \(N\) (norte) y \(S\) (sur) recibe el nombre de meridiano del lugar. Este meridiano es un círculo máximo que también pasa por los puntos \(P\) y \(P'\) (polos celestes).

El paralelo celeste (en violeta) que pasa por \(P\) y los puntos cardinales \(E\) (este) y \(O\) (oeste) se llama primer vertical. También se trata de un círculo máximo por dos ejes mencionados: \(PP'\) (eje del mundo) y \(EO\) (perpendicular).

Si además trazáramos círculos paralelos con el horizonte astronómico, obtendríamos unos círculos menores llamados almicantarat. Estos círculos no están representados en la figura que acompaña este artículo.

Las coordenadas celestes

Del mismo modo que en la Tierra es posible identificar un punto cualquiera de la superficie a través de la latitud y la longitud, en el cielo se pueden introducir coordenadas celestes que imitan la función de las coordenadas terrestres.

En el firmamento, las coordenadas de la latitud y la longitud tienen otros nombres. La latitud pasa a denominarse declinación, y tiene la abreviatura «Dec» y el símbolo delta (\(\delta\)). La declinación se mide en grados precedidos del signo + o -, dependiendo de si la declinación es positiva (cuando se encuentra en el hemisferio norte) o si es negativa (se encuentra en el hemisferio sur).

Referente a la longitud terrestre, en el firmamento pasa a denominarse ascensión recta (AR), y su símbolo es alfa (\(\alpha\)). La ascensión recta se mide en horas, minutos y segundos. Un día corresponde a 24 horas y un giro completo son 360°, por lo tanto, a cada hora le corresponde un ángulo de 15°. El origen de la ascensión recta es el punto Aries o punto vernal.

El sistema de coordenadas descrito es conocido con el nombre de coordenadas ecuatoriales, y es el sistema más usado. Existen otros sistemas de coordenadas, como las coordenadas eclípticas: se calcula la declinación a partir del plano de la eclíptica en vez del ecuador celeste; y para la ascensión recta también se toma el punto Aries como referencia.

Los puntos equinocciales

Los puntos equinocciales son dos puntos astronómicos ubicados en la intersección del plano del ecuador de la Tierra y el plano de la eclíptica.

Para encontrarlos, hay que considerar el movimiento de la Tierra alrededor del Sol, que hace que el astro cambie su posición en el cielo día tras día, siguiendo una línea conocida como eclíptica. Esta línea se llama así porque los eclipses se producen cuando la Luna (sea llena o nueva) se encuentra en dicha línea. La eclíptica corta el ecuador celeste en estos dos puntos.

Representación gráfica de los puntos equinocciales
Representación gráfica de los puntos equinocciales.

El primero cae el 21 de marzo y coincide con el equinoccio de primavera en el hemisferio norte y con el de otoño en el hemisferio sur, y es donde empieza la ascensión recta hacia el este. A este punto equinoccial se le conoce como punto Aries o punto vernal. Debido a la precesión de los equinoccios, el punto Aries retrocede 50” al año, y da una vuelta completa a su eclíptica cada 25677 años.

El segundo punto es conocido como punto Libra y ocurre el 23 de septiembre, que coincide con el otoño en el hemisferio norte y con la primavera en el hemisferio sur. Este punto es el que queda diametralmente opuesto al punto Aries, y por lo tanto su ascensión recta es de 12 horas; además, también retrocede 50” cada año.