Descubriendo el porqué de las estaciones

Es posibe que muchos de vosotros tuvierais la misma duda que tuve yo cuando era más pequeño. Cuando empezaba a interesarme por la astronomía y el espacio allá por el verano del año 94 (con 6 añitos) a raíz del impacto del cometa Shoemaker-Levy 9 en Júpiter, me llamó muchísimo la atención lo siguiente. Según había leído en una revista de astronomía la órbita de la Tierra no era circular, sino que era elíptica. Hasta ahí lo entendí todo bien, pero el problema surgió cuando en una imagen vi que cuando la Tierra estaba más lejos del Sol era verano en el hemisferio norte, mientras que cuando estábamos más cerca de él era invierno. Ésto me chocaba sobremanera ya que yo me había hecho a la idea de que cuanto más cerca del Sol estuviéramos más calor tendría que hacer (igual que cuando acercamos una mano al fuego), pero claro, extrañamente ésto no era así. Tras olvidar el tema unos cuantos años por fin un día descubrí el verdadero motivo, que os paso a contar a continuación.

Efectivamente, cuando la Tierra se encuentra en el punto más cercano al Sol, conocido como perihelio, aproximadamente el día 3 de enero de cada año estamos en invierno en el hemisferio norte. Y allá por el 4 de julio, en pleno verano norteño la Tierra estamos en el punto más lejano de la órbita, conocido como afelio. Realmente la diferencia entre el afelio y el perihelio es bastante pequeña, de apenas 5 millones de km frente a los aproximadamente 150 millones de km que nos separan del Sol. Sin embargo esta diferencia podría ser suficiente para determinar las estaciones, o al menos eso creía yo de aquella.

El verdadero motivo de que tengamos estaciones en nuestro planeta no tiene absolutamente nada que ver con la distancia al Sol, sino que la culpa la tiene la conservación del momento angular. Esta magnitud física viene a ser la “cantidad de movimiento de rotación” de un cuerpo y cuando se conserva en el tiempo (como es el caso) tenemos que tanto la velocidad de rotación de la Tierra como el eje de giro se mantienen constantes. Al suceder ésto ocurre que la rotación de la Tierra ni se acelera ni se desacelera, y que el eje de giro no cambia. La primera de estas propiedades hace que todos los días del año tengan una duración constante de 86400 segundos, si bien es cierto que se pueden llegar a medir las minúsculas variaciones que existen entre la duración de cada día, dando resultados del orden de unos pocos milisegundos, tal y como podéis ver aquí. El otro aspecto de la conservación del momento angular es el que realmente nos interesa: el eje de giro constante.

El eje de rotación de la Tierra se encuentra desviado con respecto a la perpendicular al plano de la eclíptica (plano en el que orbitan los planetas). Esta desviación o inclinación es de unos 23,5º y provoca que exista una diferente duración del día y la noche dependiendo de las estaciones. Si el eje de giro fuera perpendicular a la eclíptica los días y las noches durarían exactamente lo mismo todos los días del año y no habría estaciones. Y es que gracias a esta inclinación de 23,5º tenemos que un hemisferio recibe mayor cantidad de luminosidad que otro, invirtiéndose la situación cada seis meses debido a la traslación de la Tierra alrededor del Sol. El hemisferio que se encuentra “inclinado” hacia el Sol es el que recibe más luminosidad ya que los rayos de luz solar inciden con mayor perpendicularidad, durante más tiempo y sobre más superficie, lo que provoca mayores temperaturas. Lo contrario ocurre en el otro hemisferio en el que el Sol incide más plano, durante menos tiempo y sobre menos superficie. Dicho en otras palabras, en verano el Sol se eleva más sobre el horizonte e incide desde más altura, provocando más calor; mientras que en invierno se eleva menos e incide con más planitud, provocando menos calor. En la imagen siguiente podéis ver bien las diferencias entre las zonas de iluminación, así como los solsticios y equinoccios de cada estación en el hemisferio norte.

Así pues, las ideas que tenía de niño no eran correctas, pero con el tiempo uno aprende de sus errores. El motivo de que haya estaciones no es la proximidad o lejanía del Sol en la órbita elíptica que recorre nuestro planeta, sino la inclinación del eje de rotación de la Tierra con respecto a la perpendicular al plano de la eclíptica.

Saludos

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Sobre el Autor:

Físico de materiales, nacido en El Bierzo y adoptado en tierras asturianas y vascas durante su paso por la Universidad de Oviedo y la Universidad del País Vasco. [...]

22 Comentarios & 1 Trackback

  • […] Descubriendo el porqué de las estaciones www.wisphysics.es/2009/08/descubriendo-el-porque-de-las-esta… por likiniano hace pocos segundos […]

  • Aaamigo. Y supongo que ahora ya sabrás porqué si a las 12 del mediodía es cuando el sol está más alto NO es el momento de mayor temperatura. De la misma forma que el solsticio de verano tampoco es el momento de mayor temperatura a pesar de ser el momento de mayor cercanía al sol. ¿Lo sabes, no? xD Salu2

  • Ya conocía este hecho, pero siempre me he preguntado si en el hemisferio sur su verano es “más verano” que el verano del norte. Sólo son 5 millones de km, como dices, pero ¿podemos hablar de diferencia considerable?

    Salud!

  • Y en hemisferio sur sería al revés el efecto de órbita eliptica.
    En verano están más cerca del sol, pero sigue sin tener nada que ver.
    ¿No se te ocurrió?

  • @Sutter: Sí, lo se xDD

    @Armaggedon & @Contreras: Del hemisferio sur no he hablado para no extender demasiado el artículo. La cosa tampoco tiene nada que ver con la distancia al Sol. De hecho en el hemisferio sur al tener mayor cantidad de superficie oceánica que el hemisferio norte disfruta de unos inviernos más suaves y unos veranos no tan calurosos. El motivo es que el agua absorbe mejor el calor y no lo reemite directamente tal como hace la superficie sólida. Al no reemitirlo o hacerlo de forma más gradual la temperatura atmosférica aumenta menos.

  • Recuerdo que en uno de mis libros de primaria proponían una sencilla experiencia para explicar la relación entre la inclinación de los rayos del Sol y la cantidad de energía que se recibía de éste. Necesitabas una linterna y una hoja cuadriculada. Tú apuntabas a la hoja con la linterna desde una posición casi perpendicular y contabas los cuadritos que ocupaba en el folio el círculo de luz, y luego hacías lo mismo apuntando a la hoja con la linterna en un ángulo oblicuo pero más o menos desde la misma distancia. En el segundo caso la zona cubierta era mucho mayor, pero puesto que la energía se distribuía entre toda el área de la ahora elipse, cada cuadradito iluminado recibía menos luz que antes

    Saludos!

  • Muy bien por la explicación sobre las estaciones.

    Ahora yo quiero saber ¿por qué en la tierra a mayor altura menor temperatura y viceversa?

    Gracias a quien me informe sobre este fenómeno.

    Atentamente,
    Marino Núñez.

  • @Marino Núñez: Por lo visto hay unos cuantos factores que influyen en eso. Buscando en Google se encuentran fácilmente muchas cosas y yo he encontrado el tema en el foro de Meteored. Puedes verlo aquí.

    Saludos

  • @DarkSapiens:
    ¡Que suerte tuviste! En mi colegio esas cosas eran ciencia-ficción.
    @Marino Núñez:
    En 1º de ESO nos dijeron que era “porque a más altura hay menos partículas que capten el calor”; pero en realidad son muchos factores.

  • Wis, dices esto:

    “Al suceder ésto ocurre que la rotación de la Tierra ni se acelera ni se desacelera”.

    Creo que esto es un error. El período de rotación de la Tierra ha ido aumentando a lo largo de la historia de ésta. Así, se ha constatado que hace unos 900 millones de años, por ejemplo, la duración del día era de 18 horas, no de 24 horas. Las pruebas están en las rocas sedimentarias o en los anillos de los corales fósiles.

    Saludos

  • @MacQuail:
    No es un error. Si se conserva el momento angular no cambia ni el eje de giro ni la velocidad de rotación.

    Si cambió desde hace hace 900 millones de años es porque NO se conservó el momento angular.

    Lo que dice Wis, por tanto, es correcto.

    Saludos.

  • ¿Por qué se conserva el momento angular ahora y no hace 900 millones de años?

  • Se conserva el momento angular del sistema Tierra-Luna, pero esto no quiere decir que el período de rotación de la Tierra sea fijo.

    Saludos

  • @MacQuail: NO.
    Yo no he dicho que ahora se conserve y antes no.
    Dije que no se ha conservado desde entonces (lo cuál también puede estar mal, ahora que lo pienso).

    De hecho, el momento angular puede ser el mismo.
    El momento angular puede cambiar por acciones externas. Algunos hablan de una mayor actividad de la gravedad de la Luna por estar más cerca, podría deberse a choques de meteoros, erupciones volcánicas intensas…

    Pero a lo que interesa. Lo de la duración del día:
    Supongamos que en todo ese tiempo el momento angular se ha conservado. ¿Implica eso que el día dure lo mismo? No.
    El momento angular es producto del momento de inercia (I) por la velocidad angular (letra omega minúscula). Donde I depende de la masa de la Tierra y de cómo esté distribuida, la distribución de la masa puede cambiar, por ejemplo, por deshielos o movimientos tectónicos.

    En definitiva, la velocidad de rotación puede cambiar aunque se conserve el momento angular.

    Saludos.

    PD: En el comentario anterior estaba obviando que I era el mismo.

  • “En definitiva, la velocidad de rotación puede cambiar aunque se conserve el momento angular.”

    Bueno, veo que estás de acuerdo con lo que dije antes.

    Te dejo esto por si te interesa:

    http://www.astronomynotes.com/gravappl/s10.htm

    Saludos

  • @MacQuail:
    Sí, sí, que la velocidad de rotación haya cambiado vale, pero no implica que el momento angular también.
    Lo que me pasó a mí (y a Wis posiblemente) es que supusimos masa y distribución de ésta constante, por costumbre con otros sistemas, nada más.

    Si te refieres al comentario de las 20:30 debo decir que no lo vi porque estaba escribiendo otro. Pero la cosa es más sencilla, no hace falta meter el L de la Luna en esto.

    ¡Ah! Y el enlace me lo guardo, gracias

  • @MacQuail: Desconozco el estado en el que se encontraba la Tierra hace 900 millones de años. Quizá la Luna estaba todavía cerca (recuerda que actualmente se aleja a un ritmo de un par de centrímetros al año) y la atracción gravitatoria era mayor, lo cual implica mayor movimiento de las masas líquidas que puede hacer variar el momento de inercia, como bien a dicho Stonet. Otra posible explicación es la de que la Tierra ha ido frenando la rotación de la Luna hasta hacerla coincidir con su traslación. Ese momento perdido por la Luna tuvo que ir a parar a la Tierra que necesariamente debió aumentar su velocidad de rotación. Son hipótesis que se me ocurren, pero desconozco el motivo exacto.

    La cosa es que conserva el momento angular si no se tiene en cuenta el resto de fuerzas externas que actúan sobre la Tierra. Éstas fuerzas son muy pequeñas y por tanto despreciables, a menos que nos vayamos a escalas de tiempo enormes donde sí aparecen diferencias.

    Saludos

  • Que la rotacion de la Tierra se mantiene constaste es cierto, pero en un documental he visto que la velocidad de la Tierra va disminuyendo gradualmente, y que antes los dias duraban 12 h y que dentro de millones de años pasaran a durar 48 h, no se si es cierto. Por cierto estoy interesado en conocerte, mi direccion de msn es —@— , si no te importase agregarme, gracias. Adios

  • @manu_gpg: Se agradecería un enlace para confirmar esa afirmación. Yo no tengo ni idea de si es cierto.

    Por otro lado, no voy a agregarte, si necesitas algo puedes ponerte en contacto conmigo vía email.

    Saludos

  • @manu_gpg:
    O el nombre del Documental también estaría bien.

    Se me ocurren un par de cálculos con esas duraciones de los días…

    Saludos.

  • La friccion causada por las mareas reducen el momento angular, tanto de la Tierra como de la Luna.
    Como se tiene que conservar el momento, se pierde momento de rotacion para ganarlo en un momento angular respecto el eje de giro del centro de gravedad mas cercano(Tierra-Luna), por eso el dia terrestre se hace cada vez mas largo, y asi la rotacion de la Luna, como su traslacion, que tienen el mismo valor, y por lo tanto se aleja.
    Si la Luna se aleja y por lo tanto aumenta en un minuto su viaje alrededor de la Tierra asi lo hace su periodo de rotacion sobre si misma, el momento se conserva.

  • 22 de Diciembre, la tierra estará mas cerca del sol?, entonces ….. jode estos tios (los Mayas) parecen que si tenían la razón (destrucción del mundo año 2012).

    • Exacto, el 22 de diciembre está más cerca del Sol, igual que los tropecientos miles de años que lleva nuestro planeta dando vueltas al Sol… Decir que ahora va a pasar algo raro es de no tener muchas luces…

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