Los movimientos de la Tierra

Los dos movimientos principales de la Tierra son el movimiento de rotación, en el que gira sobre su propio eje, y el movimiento de traslación, que es el recorrido que realiza alrededor del Sol. Estos dos movimientos periódicos han permitido al hombre, desde la antigüedad, medir el paso del tiempo en días y años.

Esquema de los movimientos de la Tierra
Esquema de los movimientos de la Tierra. Los tamaños y las distancias no están a escala.

Además de estos dos movimientos principales, existen otros movimientos que son más difíciles de observar: el movimiento de precesión de los equinoccios, el movimiento de nutación y el bamboleo de Chandler.

Por si fuera poco, existen otros movimientos que históricamente han sido considerados secundarios. Este sería el caso de las variaciones del plano de la eclíptica en el que se describe el movimiento de traslación, las variaciones en la excentricidad de la órbita elíptica, o los movimientos que la Tierra realiza por el hecho de estar dentro del sistema solar o de la Vía Láctea.

El movimiento de rotación terrestre

Nuestro planeta gira de oeste a este alrededor de su propio eje de rotación, una recta imaginaria que lo atraviesa pasando por los Polos Norte y Sur. Esto implica que los polos permanecen inmóviles y no participan en el movimiento de rotación, mientras que todos los otros puntos de la superficie terrestre se mueven a una velocidad que es mayor cuanto más cercanos están al ecuador.

A una latitud de 40° N o 40° S (latitudes equivalentes en ambos hemisferios), la Tierra se mueve a una velocidad de unos 1200 km/h. No obstante, en los Polos Norte y Sur terrestres la velocidad es de 0 km/h (la mínima) y en el ecuador la velocidad es de 1670 km/h (la máxima).

Rotación de la Tierra
Esquema de la rotación de la Tierra.

Las consecuencias del movimiento de rotación son la alternancia del día y de la noche, y el aparente movimiento de la esfera celeste. Pero, ¿cómo se demuestra que es la Tierra la que está rotando y no la esfera celeste? Un observador en una Tierra fija podría visualizar una esfera celeste en movimiento.

El péndulo de Foucault

La prueba irrefutable de que nuestro planeta está sujeto a una rotación alrededor de su propio eje la aportó Foucault en 1851 con su famoso experimento del péndulo. Foucault efectuó el experimento en París utilizando un enorme péndulo formado por una esfera de bronce de unos 30 kg, suspendida de una cuerda de 67 m de longitud, cuyo punto de oscilación se fijó en la bóveda del Panteón.

El péndulo de Foucault en el Panteón de París
El péndulo de Foucault en el Panteón de París.

Imaginemos que estamos en el Polo Norte y que hacemos oscilar un péndulo. El péndulo describirá siempre el mismo plano de oscilación. La única fuerza externa que actúa sobre él es la de la gravedad, que se ejerce en vertical y no puede provocar variaciones en la dirección de oscilación.

Si hacemos que el movimiento del péndulo deje alguna huella sobre el suelo que tiene debajo, observaremos que, con el tiempo, las señales trazadas por el péndulo no se superponen perfectamente y, por tanto, no describen la misma dirección, sino que se desplazan según una lenta rotación en sentido horario.

Esta rotación puede tener dos causas: o bien es el plano de oscilación del péndulo el que gira, o bien es el suelo. Como hay que descartar la primera hipótesis porque no actúa ninguna fuerza capaz de modificar el plano de oscilación, hay que aceptar el hecho de que es el suelo el que se mueve.

Esto indica que nuestro planeta está sujeto realmente a un movimiento de rotación alrededor de su propio eje. Aunque es la Tierra la que gira y no la esfera celeste, puede ser útil hablar del movimiento aparente del Sol y de los astros, porque esto es lo que ve un observador desde la superficie terrestre.

La medida de tiempo: el día

La medida del tiempo en días se basa en el movimiento de rotación de la Tierra. Un día es el intervalo de tiempo que emplea nuestro planeta para efectuar una rotación completa en torno a su propio eje. Pero existen dos definiciones de día.

Si medimos la rotación de la Tierra tomando como punto de referencia el Sol en el firmamento, determinaremos el día solar. En cambio, si la referencia es una estrella, hablaremos de día sideral. La duración de ambos es diferente, ya que mientras el día solar dura 24 horas exactas, el día sideral dura 23 h 56 min 4,1 s.

Esta diferencia viene explicada por el hecho de que la Tierra, además de girar sobre sí misma, orbita también alrededor del Sol.

En realidad, la duración del día solar es de 24 horas sólo como promedio, porque el verdadero día solar es variable. Uno de los motivos es que cuando la Tierra está más próxima al Sol recorre su órbita más rápidamente que cuando se halla más lejos. Por esto, para medir el tiempo, se ha introducido la convención de usar como referencia estándar el día solar medio constante e igual a 24 horas.

El movimiento de traslación terrestre

La traslación alrededor del Sol es otro movimiento fundamental de nuestro planeta. La Tierra se mueve recorriendo una órbita elíptica, llamada eclíptica, porque los eclipses tienen lugar sobre su plano. La velocidad media de la Tierra en el recorrido de su órbita es de 29,78 km/s, equivalente a 107208 km/h.

Órbita de la Tierra
Diagrama de la órbita de la Tierra alrededor del Sol.

La distancia media entre la Tierra y el Sol es de 1,000 UA, equivalente a unos 150 millones de km. La Unidad Astronómica se emplea en astronomía como unidad de medida de las distancias. Cuando la Tierra se encuentra más cerca del Sol está a 0,983 UA, y cuando está más alejada está a 1,017 UA.

Las estaciones

El movimiento de traslación y el hecho de que el eje de rotación terrestre se mantenga siempre paralelo a sí mismo (inclinado 23,44°) a lo largo de la órbita son las causas de la alternancia de las estaciones.

Cuando la Tierra está más cerca del Sol (perihelio) es en enero, y cuando está más alejada (afelio) es en julio. En realidad, la variación de la distancia entre la Tierra y el Sol no provoca las estaciones, sino la diferente inclinación de los rayos solares respecto al suelo y la diferente iluminación de los dos hemisferios.

Cuando el Sol alcanza la máxima altura sobre el horizonte del lugar es verano. El arco que el Sol describe sobre el horizonte en su movimiento diurno es más amplio y, por tanto, la duración del día es mayor. En cambio, en invierno, los rayos solares llegan al suelo más oblicuamente y el día es más corto.

El plano de la eclíptica corta el plano del ecuador celeste (proyección del ecuador terrestre sobre la esfera celeste), formando con él un ángulo de 23,44°. La intersección de estos dos planos marca los puntos equinocciales: el punto Aries (equinoccio de primavera) y el punto Libra (equinoccio de otoño).

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

El equinoccio de marzo (punto Aries) corresponde a la posición que el Sol ocupa el 21 de marzo, mientras que el equinoccio de septiembre (punto Libra) corresponde a la posición que el Sol ocupa el 22 de septiembre.

El 21 de marzo, el Sol atraviesa el ecuador celeste pasando del hemisferio sur al hemisferio norte y, por tanto, para los habitantes del hemisferio boreal (norte) empieza la primavera. El 22 de septiembre se produce el movimiento contrario y en el hemisferio boreal empieza el otoño.

En los equinoccios, la duración del día es igual a la de la noche en cualquier punto de la superficie terrestre. Además, sólo en estos dos días del año el Sol ilumina simultáneamente el Polo Norte y el Polo Sur de la Tierra.

Perpendicularmente a la línea definida por los equinoccios se encuentra la línea de los solsticios: el 21 de junio es el solsticio de verano en el hemisferio norte, el Sol se encuentra 23,44° al norte del ecuador, mientras que el 21 de diciembre es el solsticio de invierno en el hemisferio norte, y el Sol está 23,44° al sur del ecuador.

Posición del Sol Signo zodiacal AR Dec
Equinoccio de primavera Aries 0 h
Solsticio de Verano Cáncer 6 h +23,44°
Equinoccio de otoño Libra 12 h
Solsticio de invierno Capricornio 18 h -23,44°

La medida del tiempo: el año

El tiempo que tarda nuestro planeta en recorrer una vez su órbita alrededor del Sol se llama año y dura aproximadamente 365 días. Del año, lo mismo que del día, pueden darse diferentes definiciones según el punto de referencia del firmamento que se utilice para medirlo. Pero, ¿cómo se mide el año?

Para medir el año, se tiene en cuenta el tiempo que el Sol emplea, en su movimiento de revolución aparente, entre dos conjunciones consecutivas con un astro u otro punto de referencia en la esfera celeste.

La Tierra vista desde la Luna
La Tierra vista desde la Luna, el 20 de julio de 1969. Crédito de imagen: NASA/JSC.

Se habla de conjunción cuando la Tierra, el Sol y un tercer cuerpo celeste es encuentran alineados. Entonces, si como referencia se toma una estrella, se medirá un año, llamado año sideral, que tiene una duración de 365,25 días.

En cambio, el año solar viene determinado por el tiempo que emplea el Sol para volver a estar en conjunción con el punto equinoccial de primavera (punto Aries). Medido de este modo, el año tiene una duración ligeramente inferior.

El movimiento de precesión de los equinoccios

El movimiento de precesión de los equinoccios es un cambio de orientación lento y gradual que se produce en el eje de rotación de la Tierra, de tal modo que recorre una circunferencia completa cada 25776 años (año platónico). Este movimiento está causado por la fuerza que ejerce el Sol sobre la Tierra, y también se ve afectado por el movimiento de las placas tectónicas.

Con este movimiento, cada 13000 años se invierten las estaciones. La diferencia entre el año sidéreo y el año trópico es incorporada y corregida por el calendario gregoriano. Este desplazamiento angular es de 50,29 segundos sexagesimales cada año, equivalente a un grado cada 71,6 años.

Actualmente, la prolongación del eje de rotación terrestre hacia el Polo Norte celeste apunta a la estrella polar. Se calcula que en el año 3000 a. de C. apuntó a la estrella Thuban (Alfa Draconis) de la constelación del Dragón, y en el año 14000 d. de C. apuntará a la estrella Vega (Alfa Lyrae) de la constelación de la Lira.

El movimiento de nutación

El movimiento de nutación está vinculado con el movimiento de precesión. Los círculos que describe el movimiento de precesión no son exactos, sino en forma de oscilaciones, haciendo que el eje de la Tierra se incline un poco más o un poco menos respecto a la circunferencia del movimiento de precesión.

En este movimiento en forma de pequeña elipse o bucle oscilatorio, la Tierra se desplaza unos nueve segundos de arco cada 18,6 años. Por tanto, en una vuelta completa del movimiento de precesión (25776 años), la Tierra habrá realizado 1385,81 bucles del movimiento de nutación.

El bamboleo de Chandler

El bamboleo de Chandler es una pequeña oscilación del eje de rotación terrestre. Este movimiento lo que hace es añadir 0,7 segundos de arco a la precesión de los equinoccios, y se produce cada 433 días. No se conocen las causas que producen este movimiento, aunque hay varias teorías al respecto.