4. La Tierra rota: el ciclo diurno del firmamento

Por David Galadí Enríquez

Observamos el cielo desde la Tierra, una plataforma que está en movimiento y tiene forma de esfera. Estas dos circunstancias determinan cómo lo vemos todo ahí arriba. La curvatura del planeta hace que sean distintas las regiones celestes accesibles desde los hemisferios norte y sur de la Tierra. El movimiento de rotación del globo es el responsable de que todo en el firmamento parezca desplazarse, de manera general, desde el este hacia el oeste.

Ya en el primer capítulo de esta guía de iniciación dimos algunas pinceladas sobre la rotación terrestre, que ahora vamos a complementar con más profundidad.

La esfera celeste

Al mirar al cielo, sobre todo de noche, de verdad se tiene la sensación de que ese fondo oscuro y estrellado constituye una superficie real, una pared lisa situada a una distancia desconocida y sobre la que podrían estar pegadas, o pintadas, todas las cosas que vemos por encima del horizonte.

De hecho, los cuerpos celestes están tan lejanos que, al menos para los fines de la observación no profesional y a nivel de iniciación, se puede admitir que se hallan todos a la misma distancia del observatorio, sea cual sea esta distancia, siempre que aceptemos que es «muy grande». Esto conduce al concepto de esfera celeste: consideramos que la Tierra se encuentra rodeada por una esfera enorme, situada a una distancia colosal, y que las observaciones que efectuamos corresponden a objetos adheridos a la superficie interna de esa cáscara esférica.

Conviene pensar con algo más de detenimiento sobre la esfera celeste, porque suele ser causa de perplejidad y malos entendidos. Para ello observemos la figura 1, en la que representamos la Tierra rodeada por la esfera celeste y un observatorio (simbolizado por un ser humano esquemático) que vamos a situar, para simplificar las cosas, justo en el polo norte del planeta.

Figura 1. La esfera celeste. En astronomía observacional elemental se puede admitir que todas las cosas del cielo están a una misma distancia de la Tierra, colocadas sobre una superficie esférica muy, muy alejada, llamada esfera celeste, con la Tierra situada en su centro. Consideramos un observatorio en el polo norte. Se representan el eje terrestre y el ecuador del planeta, así como la proyección del mismo sobre la esfera celeste: el ecuador celeste. ¿No debería verse, desde este lugar, tan solo la parte del cielo que hay por encima de la línea amarilla?

De entrada no cuesta imaginar y comprender que, si la Tierra rota hacia el este, entonces, desde este observatorio polar, se tendrá la sensación de que la esfera celeste, como un todo, rota en el sentido opuesto, «hacia el oeste», alrededor de un punto del que también hemos tratado en el primer capítulo de esta serie y que llamamos polo norte celeste. El polo norte celeste se encuentra, por supuesto, justo encima del polo norte terrestre, en la prolongación del eje de rotación del planeta, allí donde este eje tocaría la superficie de la imaginaria esfera celeste. Desde el observatorio polar podríamos mirar al polo celeste y veríamos cómo todo lo que hay a su alrededor en el cielo da vueltas en sentido antihorario. Por casualidad hay una estrella medianamente brillante cerca del polo norte celeste, la estrella Polar, que nos daría la impresión de no moverse, clavada en una posición casi fija y ejerciendo de centro de ese giro concertado de todo lo demás.

Del mismo modo que hemos definido el polo norte celeste, en la primera entrega indicamos que también hay un polo sur celeste, situado en la prolongación del eje terrestre hacia el sur, aunque en este caso no haya ninguna estrella destacada en sus alrededores. Y, de una manera parecida, podríamos imaginar el ecuador celeste como una línea imaginaria que recorre toda la esfera celeste y situada justo encima del ecuador de la Tierra. Si imaginamos la Tierra de la figura 1 como un globo terrestre didáctico de esos que tienen una bombillita dentro, el ecuador de la bola iluminada se proyectaría sobre la esfera celeste justo en la línea correspondiente al ecuador celeste.

Hasta ahora bien. Pero, si seguimos pensando en este observatorio polar, ¿qué región de toda la esfera celeste podría llegar a verse desde allí? Dicho de otro modo, al mirar primero hacia el polo celeste y luego ir apartando la mirada hacia zonas del cielo cada vez más separadas del mismo, ¿hasta qué parte de la esfera celeste se podría alcanzar antes de toparnos con el horizonte?

Lo primero que hay que tener en cuenta a la hora de contestar esta pregunta es que la persona en sí misma es minúscula comparada con el tamaño de la Tierra, así que a todos los efectos la línea visual más baja, más apartada del polo celeste, resulta tangente a la superficie terrestre, o sea, correspondería al trazo marcado en amarillo en las figuras 1 y 2.

Figura 2. De nuevo la esfera celeste. Pero esta vez intentamos representar mejor que esa esfera debe ser muchísimo mayor que la propia Tierra. Este hecho conduce a la conclusión de que desde cualquier observatorio al nivel del mar se llega a divisar todo un hemisferio completo de la esfera celeste, como se aprecia en el diagrama de la derecha, donde la Tierra se ha reducido a un tamaño inferior al de un píxel.

Pero no olvidemos que la figura 1 no está a escala. La esfera celeste no tiene un tamaño definido, pero sí debe ser muy, muy grande, así que lo correcto sería representar la Tierra mucho más pequeña, como se hace en la figura 2, izquierda, quizá. Aquí vemos que la línea visual tangente a la superficie terrestre en el polo llega más allá, más al sur, más cerca del ecuador celeste, que la de la figura 1. Pero ni siquiera esta representación es realista, porque incluso aquí la Tierra está pintada demasiado grande. En rigor, habría que encoger la Tierra tanto que debería convertirse en un redondelito mucho más chiquitito que cualquier píxel de su pantalla, situación que se intenta plasmar en la figura 2, derecha. En ese diagrama, aunque la Tierra aparezca tan reducida que casi ni se vea, la persona que observa desde el polo norte aún tiene el suelo por debajo, lo que le impide ver todo lo que haya bajo la línea visual amarilla que marca el horizonte, pero comprobamos que ahora la tangente a la superficie terrestre corta, exacta y rigurosamente, el ecuador celeste.

El hecho de que la esfera celeste se encuentre a una distancia enorme de la Tierra hace que desde un observatorio cualquiera situado en la superficie del planeta se llegue a ver justo la mitad de ella, y la otra mitad quede oculta bajo el horizonte. El horizonte nos parece perfectamente plano, sobre todo si nos encontramos en el océano o en mitad de una gran llanura, lo cual puede explicar que haya gente que se crea que la Tierra es plana porque de verdad lo parece aunque, como veremos más adelante, el terraplanismo no es compatible ni siquiera con las observaciones del cielo más elementales y rudimentarias.

Observatorio ártico

Hemos visto, por tanto, que desde un observatorio que estuviera situado exactamente sobre el polo norte de la Tierra se tendría una visión del firmamento con estos rasgos:

• El observatorio aparecería rodeado por una superficie aparentemente plana hasta el horizonte.
• El polo norte celeste quedaría en el punto más elevado, justo en la vertical, en el cenit, y la estrella Polar se vería muy cerca de ese mismo punto.
• El horizonte coincidiría con el ecuador celeste, de manera que todo el hemisferio norte celeste quedaría accesible a la vista.
• Al mirar hacia el cenit, todo en el cielo parecería girar alrededor del polo norte celeste en sentido antihorario: todos los astros trazarían a lo largo del día y de la noche trayectorias paralelas al horizonte, sin tocarlo nunca, o sea, no hay ortos ni ocasos.
• Una mitad completa del firmamento queda oculta, en este caso el hemisferio sur celeste, y resulta imposible acceder a la visión de todo lo que hay en esa parte del cielo, porque permanece bajo el terreno siempre.

Figura 3. El observatorio ártico.

Todo lo anterior no es mucho más que un simple experimento mental, dado que en el polo norte de la Tierra no hay ningún observatorio, ni puede haberlo, porque esa región del planeta está ocupada por el océano Ártico y solo se puede caminar por allí cuando el agua se congela, lo cual sucede cada vez con menos frecuencia, aunque incluso entonces la banquisa no brinda un soporte adecuado para montar un observatorio de ningún tipo.

Así que quizá tenga sentido plantear el mismo experimento pero con el observatorio situado en algún lugar del planeta menos inverosímil. ¿Qué tal… la Antártida?

Observatorio antártico

Vale, ya, tampoco parece una ubicación óptima o sencilla, pero por lo menos en el polo sur geográfico sí hay un terreno firme, helado pero firme, en el que construir. Las condiciones meteorológicas y de sequedad en el continente polar austral lo hacen adecuado para cierto tipo de observaciones astronómicas y esto ha conducido a instalar allí algunos observatorios, permanentes o temporales, si bien no en el mismísimo polo sur. Pero sigamos con la fantasía e imaginemos ahora nuestro observatorio plantado justo ahí, en el lugar exacto donde Amundsen clavó su bandera en 1911.

Un repaso a las ideas que hemos venido exponiendo nos llevan a describir lo que podría verse desde un observatorio situado en el polo sur:

• El observatorio aparecería rodeado por una superficie aparentemente plana hasta el horizonte, si está situado en una llanura antártica lo bastante amplia.
• El polo sur celeste quedaría en el lugar más elevado, justo en la vertical, en el cenit, aunque en este caso no habría ninguna estrella destacada cerca de ese mismo punto.
• El horizonte coincidiría con el ecuador celeste, de manera que todo el hemisferio sur celeste quedaría accesible a la vista.
• Al mirar hacia el cenit, todo en el cielo parecería girar alrededor del polo sur celeste en sentido horario: todos los astros trazarían a lo largo del día y de la noche trayectorias paralelas al horizonte, sin tocarlo nunca, o sea, no hay ortos ni ocasos.
• Una mitad completa del firmamento queda oculta, en este caso el hemisferio norte celeste, y resulta imposible acceder a la visión de todo lo que hay en esa parte del cielo, porque permanece bajo el terreno siempre.

Figura 4. El observatorio antártico.

Es interesante reparar, sobre todo, en que el giro aparente del firmamento austral se verifica en sentido horario: todo da vueltas al polo sur celeste en el sentido de giro de las agujas del reloj.

Observatorio ecuatorial

Estamos de acuerdo en que nuestro observatorio austral tampoco constituye un ejemplo demasiado realista, así que dispongámonos a instalar otro en el ecuador de la Tierra. Aunque esta línea recorre mucho más océano que continente, sí atraviesa regiones muy pobladas y, sin duda, muchas personas disfrutan a diario del panorama celeste que podemos describir para una ubicación de este estilo.

Lo primero que salta a la vista en este caso es que el ecuador celeste debe cruzar todo el cielo, desde el punto cardinal este hasta el oeste, y pasando justo por el cenit. Como en el caso de los polos, nuestro observatorio ecuatorial debe darnos acceso, en cada instante concreto, a toda una mitad completa del firmamento. La misma argumentación anterior basada en la pequeñez de la Tierra comparada con la esfera celeste implica que, ahora, los polos celestes coincidan exactamente con el horizonte.

Hacia el norte tendríamos la estrella polar, seguramente invisible, oculta por los obstáculos físicos del horizonte o por las brumas que se acumulan cuando la vista avanza tan rasante al suelo. Aun así, la ubicación aproximada del polo norte celeste se pondría de manifiesto por las trayectorias curvadas, semicirculares, trazadas por los astros de esa región en sentido antihorario.

Al otro lado, hacia el sur, tendríamos el polo sur celeste, cuyo emplazamiento quedaría marcado por las trayectorias semicirculares de las estrellas de la zona, recorridas ahora en sentido horario.

Y entre ambas zonas polares tendríamos el resto del firmamento. Ahora la rotación terrestre, siempre hacia el este, hace que todo parezca alzarse por ese lado del horizonte. Cada estrella del cielo sale en algún momento de la jornada, es decir, experimenta su orto, asciende hasta pasar por el meridiano (línea que va de norte a sur pasando por el cenit) en la culminación, y desciende hacia la mitad oeste del horizonte donde se oculta, se pone o tiene su ocaso. Vemos así que, a lo largo de toda una jornada, absolutamente todo el cielo termina por estar a la vista del observatorio ecuatorial, en algún momento u otro. Eso sí, habrá intervalos de tiempo en los que será de día y eso impedirá ver las estrellas que haya sobre el horizonte, pero eso es otra historia.

Podemos ahora sintetizar el aspecto del firmamento para un observatorio ecuatorial:

• El observatorio ecuatorial aparecería rodeado por una superficie aparentemente plana hasta el horizonte, si está situado en una llanura lo bastante plana, o en mitad del océano.
• El polo sur celeste coincide con el horizonte hacia el sur, mientras que el polo norte celeste yace en el horizonte en el norte.
• El ecuador celeste cruza el cielo de este a oeste pasando por el cenit; la mitad del panorama visible corresponde al cielo boreal y la otra mitad al austral.
• Todo en el cielo parece salir por la mitad este del horizonte, se levanta hasta culminar en el meridiano y desciende para ocultarse por la mitad oeste del horizonte: todos los astros presentan ortos y ocasos.
• Todo el firmamento entero está, en principio, accesible: si se espera lo suficiente, cada estrella del cielo acabará pasando por delante de la vista, por encima del horizonte.

Figura 5. El observatorio ecuatorial.

Observatorios en latitudes medias

Aunque las zonas ecuatoriales del planeta estén bastante pobladas, en realidad la inmensa mayoría de la población mundial, incluida la mayor parte de la que habla la lengua castellana, habita en latitudes intermedias, sean boreales o australes. Pero ya disponemos de las nociones básicas para comprender cómo se ve el firmamento desde estas regiones.

Como en los casos anteriores, en cada momento concreto debe estar a la vista, por encima del horizonte, toda una mitad de la esfera celeste. Pero claro, ahora la situación será intermedia a los casos extremos (polar boreal, polar austral y ecuatorial) que hemos tratado. Uno de los dos polos celestes debe quedar a la vista, el del hemisferio en que se habita, mientras que el otro estará oculto bajo el horizonte. La geometría del problema (figura 7) pone de manifiesto que el polo celeste visible se levantará por encima del horizonte local un ángulo igual al valor de la latitud del observatorio. Reparemos en que ese mismo ángulo es el que media entre el punto más alto del cielo, o cenit, y el ecuador celeste en su intersección con el meridiano del lugar. En el capítulo primero dimos indicaciones para medir ángulos sobre el cielo con medios sencillos.

Figura 6. Observatorios en latitudes intermedias boreales (izquierda) y australes (derecha).

Al mirar hacia la parte este del horizonte veremos el orto de multitud de astros, que aparecerán siguiendo trayectorias oblicuas, inclinadas hacia la derecha en el hemisferio boreal y hacia la izquierda para observatorios australes.

Esos astros que salen por la zona general del este luego ascienden, a medida que la Tierra va rotando, y llega un momento en que culminan, cruzan el meridiano, pero no se detienen y siguen el camino hasta descender hacia la parte occidental del horizonte. Todas estas estrellas acaban por ocultarse a lo largo de trayectorias que se inclinan hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur y que terminan con el ocaso de cada astro.

Figura 7. El polo celeste se eleva sobre el horizonte un ángulo igual a la latitud del observatorio. Ese mismo ángulo media entre en cenit y el ecuador celeste.

Cada observatorio situado en latitudes intermedias, sean boreales o australes, tiene un polo celeste a la vista. Si encaramos el polo visible desde nuestro lugar de observación veremos que a su alrededor hay toda una región celeste cuyas estrellas dan vueltas en torno a ese polo (en sentido horario si es el austral, antihorario si es el boreal) pasando por encima y por debajo del mismo, pero sin llegar a ponerse bajo el horizonte. Tiene lógica: si el polo en cuestión está, como hemos mostrado, levantado sobre el horizonte un ángulo igual a la latitud del lugar (figura 7), entonces en todo ese espacio libre entre el polo y el horizonte hay sitio para que se muevan estrellas que, desde ese observatorio, jamás se ocultarán. Esta región especial, la de los astros que siempre están por encima del horizonte, recibe el nombre de circumpolar. Cuanto más cerca de alguno de los polos esté el observatorio, mayor será la zona circumpolar, hasta el extremo de que, como hemos visto, desde los propios polos todo un hemisferio completo es circumpolar.

Pero si hay un polo a la vista, también hay otro oculto, y en torno al polo celeste no visible yace toda una región, que podríamos llamar anticircumpolar, con astros que nunca se levantan por encima del horizonte del lugar. Este es el motivo de que desde la península Ibérica nunca se vean constelaciones como la Cruz del Sur o el Centauro, mientras que desde el sur de Argentina o Chile no es posible divisar las Osas, o Casiopea.

En resumen:

• El observatorio de latitudes intermedias aparecería rodeado por una superficie aparentemente plana hasta el horizonte, si está situado en una llanura lo bastante extensa, o en mitad del océano.
• El polo celeste del hemisferio en que está el observatorio se ve elevado sobre el horizonte una altura igual a la latitud del lugar.
• El ecuador celeste cruza el cielo de este a oeste pasando a una distancia del cenit igual a la latitud del lugar.
• Una parte de los astros parecen salir por la mitad este del horizonte, se levantan hasta culminar en el meridiano siguiendo trayectorias inclinadas y descienden para ocultarse por la mitad oeste del horizonte: estos astros presentan orto y ocaso.
• Una parte del firmamento, en el entorno del polo visible, es circumpolar, mientras que un área equivalente, en torno al polo opuesto, permanece siempre oculta bajo el horizonte.

Medir el tiempo con las estrellas: el día sidéreo

La rotación terrestre ofrece el modo más simple de evaluar el paso del tiempo. No en vano, organizamos nuestra existencia en días y, dentro de cada día, en horas, que se pueden medir a partir del movimiento aparente de los astros, dominado sobre todo por el giro de nuestro planeta alrededor de su eje.

Las estrellas están tan lejos que cabe considerarlas fijas a todos los efectos prácticos, sobre todo en un texto sobre iniciación a la observación no profesional. Por eso podemos tomar las estrellas como referencia para medir el periodo de rotación de la Tierra. La idea, en principio, es sencilla: se apunta a una estrella cuando se la ve en una dirección muy concreta como, por ejemplo, alineada a la perfección con la veleta de un campanario lejano, o por medio de un instrumento más sofisticado como un telescopio o un teodolito. Se pone en marcha un cronómetro y se espera a que la Tierra complete una rotación, lo cual habrá sucedido cuando la estrella vuelva a ocupar la misma posición exacta, instante en el que detendremos el cronómetro. Resulta así el periodo de rotación de la Tierra, también llamado día sidéreo, y que asciende a 23 horas, 56 minutos y 4 segundos, intervalo que se suele redondear a 23 h 56 m.

Pero ¿la rotación de la Tierra no duraba 24 horas? Vemos que no. Esa otra cantidad tiene que ver con el movimiento aparente del Sol, el cual implica no solo la rotación, sino también la traslación, por lo que el día solar, del que daremos más detalles en otro capítulo, resulta unos cuatro minutos más largo que el periodo de rotación verdadero de la Tierra.

La Tierra plana

Nunca dejará de sorprendernos la capacidad humana para el auto engaño. A veces da la impresión de que nuestra mente está deseando creerse cosas increíbles, y entre las cosas increíbles que corren por ahí está la idea loca de que la Tierra es plana y que no rota. No hay que apresurarse a calificar de necias a las personas que sostienen esas opiniones, pero sí se puede asegurar, sin margen de error, que no han dedicado el tiempo suficiente a mirar las estrellas, porque la observación del firmamento, incluso de manera casual y a simple vista, proporciona indicios de sobra acerca de la forma de nuestro planeta.

En este capítulo hemos visto algunos hechos imposibles de pasar por alto. El más evidente consiste en el cambio de perspectiva que se produce al desplazarse sobre la Tierra más al norte o más al sur: el cambio en la altura aparente del polo celeste, la modificación de los caminos aparentes de los astros y la aparición de zonas del cielo antes no visibles solo pueden explicarse si la Tierra es realmente redonda, muy parecida a una esfera. Incluso el movimiento aparente más elemental de las estrellas es imposible de explicar si se acepta la memez de que la Tierra es plana.

Es cierto que la rotación de la Tierra resulta más complicada de probar y comprobar, pero en todos los museos de ciencia del mundo hay experimentos que demuestran la realidad de este movimiento: los péndulos de Foucault.

Así que les damos la bienvenida a la observación desde esta plataforma de observación redonda y en rotación llamada Tierra. Pero no se vayan todavía, ¡aún hay más!, porque en el capítulo siguiente nos enfrentaremos al segundo movimiento de nuestro planeta, igual de trascendente que la rotación diurna a la hora de observar el universo: la traslación en torno al Sol.

Bibliografía y recursos

Todos los aspectos comentados en este capítulo se pueden comprobar e ilustrar por medio del programa informático más recomendable para reproducir el cielo en la computadora, que es, sin lugar a dudas, Stellarium, disponible de manera gratuita para muchos sistemas operativos: https://stellarium.org/es/

Sobre el péndulo de Foucault como prueba de la rotación de la Tierra:
Museo de las Ciencias de Valladolid, España:
https://www.museocienciavalladolid.es/wp-content/uploads/2019/05/explicacion_pendulo_Foucault.pdf
Guía en el Centro de Estudios Científicos de Valdivia, Chile:
http://www.cecs.cl/pendulo/

Desmintiendo los mitos del terraplanismo:
Diario ABC:
https://www.abc.es/ciencia/abci-griego-eratostenes-contra-terraplanistas-202011090243_noticia.html?ref=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F
Diario La Razón:
https://www.larazon.es/ciencia/20210612/nr466pm7p5em7ox5zoydlxps3i.html