Nota Preliminar Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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NOTA PRELIMINAR
El libro de Y. I. Perelman pone al lector en contacto con
problemas aislados de la astronomía, con sus
maravillosos progresos científicos, y describe en forma
seductora los fenómenos más importantes del cielo
estrellado. El autor trata muchos fenómenos habituales,
de observación diaria, desde un punto de vista
totalmente nuevo e inesperado, y revela su verdadera
esencia.
El propósito del libro es desplegar ante el lector el
inmenso cuadro del espacio sideral y los hechos notables
que en él tienen lugar, y despertar interés hacia una de
las ciencias más cautivadoras, la ciencia del firmamento.
Y. I. Perelman murió en 1942, durante el sitio de
Leningrado, y no tuvo tiempo de llevar a cabo su
propósito de escribir una continuación de este libro.
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Prefacio Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
1
PREFACIO
La astronomía es una ciencia dichosa; según la expresión del sabio francés Arago, no
necesita elogios. Sus éxitos son tan cautivadores que no hay necesidad de llamar la atención
sobre ellos. Sin embargo, la ciencia del cielo no está sólo constituida por descubrimientos
maravillosos y teorías audaces. Su fundamento lo constituyen hechos comunes que se
repiten día a día. Las personas que no son aficionadas al estudio del cielo tienen, en la
mayoría de los casos, un conocimiento bastante vago de este aspecto ordinario de la
astronomía y se interesan poco por él, ya que es difícil concentrar la atención en aquello que
se halla siempre delante de los ojos.
Esta parte vulgar, cotidiana, de la ciencia del cielo, es su primera y no su última frontera, y
constituye una parte importante, aunque no exclusiva, del contenido de la Astronomía
recreativa. Este libro se esfuerza ante todo en ayudar al lector a aclarar y comprender los
hechos astronómicos fundamentales. Esto no quiere decir que sea semejante a un texto
elemental de introducción. La manera de tratar el tema lo distingue fundamentalmente de
un libro de texto. Hechos comunes; conocidos a medias, son presentados aquí en una forma
no acostumbrada, a menudo paradójica, desde puntos de vista nuevos, inesperados, lo cual
despierta el interés y aumenta la atención hacia ellos. La exposición está exenta en lo
posible de términos especializadas y de todas esas fórmulas complicadas que son un
obstáculo habitual entre el lector y el libro de astronomía.
Con frecuencia se hace a los libros de divulgación el reproche de que en ellas no es posible
aprender nada seriamente. El reproche es en cierta medida justo, y se fundamenta (si se
tienen en cuenta las obras sobre ciencias naturales exactas) en la costumbre de eludir en
ellos todo cálculo numérico. Y; sin embargo, el lector empezará a dominar el tema del libro
cuando empiece a comprender, aunque sólo sea en forma elemental, los valores numéricos
que en él se hallan. Por esto, en la Astronomía recreativa, como en sus otros libros de la
misma serie, el autor no elude los cálculos sencillos, y sólo se preocupa porque sean
expuestos en forma elemental y al alcance de quienes han estudiado las matemáticas de la
segunda enseñanza. Los ejercicios de este género no sólo consolidan los conocimientos
adquiridos, sino que, además, preparan para la lectura de libros más profundos.
En el presente manual se incluyen capítulos referentes a la Tierra, la Luna, los planetas, las
estrellas y la gravitación. Por otra parte, el autor ha dado preferencia a temas que
habitualmente no se exponen en las obras de divulgación: Los temas no tratados en este
manual piensa desarrollarlos el autor, a su tiempo, en un segundo libro de Astronomía
recreativa. Por lo demás, las obras de este género no se proponen agotar en forma
sistemática el riquísimo contenido de la astronomía contemporánea.
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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Capítulo Primero
LA TIERRA, SU FORMA Y MOVIMIENTOS
Contenido:
El Camino más Corto: en la Tierra y en el Mapa
El grado de Longitud y el grado de Latitud
¿En qué dirección voló Amundsen?
Cinco maneras de contar el tiempo
La duración de la luz diurna
Sombras extraordinarias
El problema de los dos trenes
El reloj de bolsillo como Brújula.
Noches "blancas" y Días "Negros"
La luz del día y la Oscuridad
El enigma del Sol Polar
¿Cuándo comienzan las Estaciones?
Tres "Si"
Si la trayectoria de la Tierra fuera más pronunciada
¿Cuándo Estamos más Cerca del Sol, al mediodía o por la tarde?
Agregue un Metro
Desde diferentes puntos de vista
Tiempo no terrenal
¿Dónde comienzan los meses y los años?
¿Cuántos viernes hay en Febrero?
* * *
El Camino más Corto: en la Tierra y en el Mapa
La maestra ha dibujado con la tiza dos puntos en la pizarra. Le pregunta a un pequeño
alumno que hay ante ella si sabría decirle cual es la distancia más corta entre esos dos
puntos.
El chico vacila un momento y después dibuja con cuidado una línea curva.
"Es este el camino más corto" le pregunta la maestra sorprendida. "¿Quién te lo ha
enseñado?"
"Mi Papá. Él es taxista."
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
3
Figura 1. Las cartas náuticas no designan el camino más corto del
Cabo de Buena Esperanza a la punta sur de Australia por una
línea recta ("loxodrómica") sino por una curva ( "ortodrómica").
El dibujo del ingenuo colegial es, por supuesto, un chiste. ¡Pero supongo que usted, también
sonreiría incrédulo, cuando le hayan contado que la línea discontinua y arqueada de la Fig. 1
era el camino más corto desde el Cabo de Buena Esperanza a la punta sur de Australia!
¡Usted todavía se asombraría más al aprender que el camino indirecto de Japón al Canal de
Panamá, mostrado en la Fig. 2, es más corto que la línea recta entre estos dos lugares en el
mismo mapa!
Podría pensar que se trata de un chiste, pero es la pura verdad, no obstante, un hecho que
todos los cartógrafos atestiguarían.
Para dejar las cosas claras debemos decir unas palabras sobre los mapas en general y sobre
las cartas náuticas en particular. No resulta fácil dibujar una parte de la superficie de la
Tierra, porque esta tiene la forma de una pelota.
Figura 2. Parece increíble que la curva que une Yokohama con el
Canal de Panamá es más corta en la carta náutica que la línea
recta entre estos dos puntos.
Nos guste o no tenemos que aguantarnos con las inevitables distorsiones cartográficas. Se
han desarrollado muchos métodos para dibujar mapas, pero todos han tenido defectos en un
sentido u otro.
Los marinos usan mapas trazados al modo de Mercator, una cartógrafo y matemático
flamenco del siglo XVI. Este método se conoce como la Proyección de Mercator. Las cartas
marinas son fácilmente reconocibles por su red de líneas entrelazadas; tanto los meridianos
como las latitudes están indicados por líneas rectas en los paralelos y por ángulos rectos. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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Imagine ahora que su objetivo es encontrar la ruta más corta entre un puerto y otro, ambos
en el mismo paralelo. En el mar podrá navegar en cualquier dirección, y si sabe como, podrá
encontrar siempre el camino más corto. Podría pensar naturalmente que el camino más
corto seria navegar a través del paralelo que une ambos puertos, una línea recta en nuestro
mapa. Después de todo, que puede ser más corto que una línea recta. Pero se equivocaría;
la ruta a través del paralelo no sería la más corta. De hecho en la superficie de una pelota,
el camino más corto entre dos puntos es el arco de confluencia del gran circulo 1. Sin
embargo, la latitud es un pequeño circulo.
El arco del gran círculo es menos curvado que el arco de cualquier pequeño circulo que
pasen por esos dos puntos; el radio más grande pertenece a la curva más pequeña. Coja un
trozo de hilo y estírelo a través del globo entre los dos puntos que haya elegido (ver Figura
3): notará que no sigue la línea del paralelo. Nuestro trozo de hilo incuestionablemente nos
muestra la ruta más corta, así que si no coincide con el paralelo, lo mismo sucederá en las
cartas náuticas, donde los paralelos están indicados como líneas rectas. La ruta más corta
no será una línea recta así que solo puede ser una línea curva.
Eligiendo una ruta para el ferrocarril entre San Petersburgo y Moscú, según nos cuenta la
historia, los ingenieros no conseguían ponerse de acuerdo. El Zar Nicolás I resolvió la
situación dibujando una línea recta entre los dos puntos. Con un mapa con la proyección de
Mercator el resultado habría sido embarazoso. La vía férrea hubiera resultado curva y no
recta.
Por medio de un simple cálculo cualquiera puede ver por si mismo que una línea curva en un
mapa es, de hecho, más corta que la que tomarías como recta. Imaginemos que nuestros
hipotéticos puertos están en la misma latitud que Leningrado, aproximadamente en el
paralelo 60 y separados por unos 60º.
Figura 3. Una manera simple de encontrar el camino más
corto entre dos puntos es estirar un pedazo de hilo entre
los puntos dados en un globo.
1 "El gran círculo en la superficie de una esfera es cualquier círculo, cuyo centro coincida con el centro de la esfera.
Todos los restantes círculos son denominados pequeños círculos." Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
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En la Figura 4, el punto O designa el centro del globo y AB el arco de 60º de la línea
latitudinal donde se encuentran los puertos A y B. El punto C designa el centro de ese círculo
latitudinal.
Figura 4. Cómo calcular las distancias entre los puntos A y
B en una esfera a lo largo de los arcos del paralelo y el
gran círculo.
Al dibujar a través de los dos puertos un gran arco del círculo imaginario con su centro en O,
el centro del globo, su radio resulta OB = OA = R, de modo que será aproximado, pero no
coincidirá exactamente con el arco AB.
Calculamos ahora la longitud de cada arco. Como los puntos A y B están a 60° de latitud, los
radios OA y OB forman un ángulo de 30° con OC el último siendo el eje global imaginario. En
el triángulo rectángulo ACO, el lado CA (= r), adyacente al ángulo recto y opuesto al ángulo
de 30°, es igual a la mitad de la hipotenusa AO, de modo que r = R/2.
Como la longitud del arco AB es una sexta parte de la longitud del círculo latitudinal, esa
longitud es la siguiente:
kilómetros 333 . 3
2
000 . 40
6
1
= ´ = AB
Para determinar la longitud del arco del mayor de los círculos, debemos encontrar el valor
de ángulo AOB.
Como la cuerda del arco AB, es el lado de un triángulo equilátero inscrito en el mismo
pequeño circulo, AB = r = R/2. Si dibujamos una línea recta OD, uniendo el punto O, el
centro del globo, con el punto D a medio camino de la cuerda del arco AB, obtenemos el
triángulo rectángulo ODA.
Si DA es 1/2 AB y OA es R, entonces el seno AOD = AD: AO = R/4: R = 0.25.
Encontramos (de las tablas apropiadas) que ÐAOD = 14° 28'30" y que ÐAOB = 28°57'.
Ahora será fácil encontrar el camino más corto, tomando la longitud de un minuto del gran
círculo del globo como una milla náutica, o más o menos 1,85 kilómetros. Por lo tanto,
28°57' = 1,737' " 3,213 km.
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Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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Así, encontramos que la ruta a lo largo del círculo latitudinal, indicada en las cartas náuticas
por una línea recta, es 3,333 km., mientras que la ruta del gran círculo, una línea curva en
el mapa, es de 3,213 km., es decir 120 km. más corta.
Equipado con un pedazo de hilo y un globo terrestre de escuela, encontrará fácilmente
nuestros dibujos correctos y verá por usted mismo que los grandes arcos del círculo
realmente son como se muestran allí. La ruta marítima aparentemente "recta" de África a
Australia, trazada en la Figura 1, es de 6.020 millas, considerando que la ruta curva es de
sólo 5.450, o 570 millas (1,050 km.) menos.
En la carta de navegación la línea aérea "recta" que une Londres y Shangai pasaría a través
del Mar Caspio, teniendo en cuenta que el camino más corto es el norte de Leningrado. Uno
puede imaginar bien cuan importante es esto desde el punto de vista de ahorrar tiempo y
combustible.
Considerando que en la era de los grandes veleros no siempre será un artículo de valor, el
hombre en aquel momento no consideró el tiempo aun como "dinero", con la llegada del
buque de vapor, cada tonelada extra de carbón utilizada significaba dinero. Eso explica por
qué los barcos toman el camino más corto, confiando principalmente no en los mapas de la
Proyección de Mercator, sino en lo que se conocen como mapas de proyección "Central" que
indican los grandes arcos del círculo mediante líneas rectas.
¿Por qué, entonces, los marineros de tiempos antiguos usaron esos mapas engañosos y se
introdujeron en rutas poco ventajosas? Usted estaría equivocado si pensó que los marineros
de tiempos atrás no sabían nada sobre las cualidades específicas de las Cartas de
Navegación que antes hemos mencionado. Naturalmente, ésa no es la autentica razón. El
caso es que, junto a sus inconvenientes, los mapas de la Proyección de Mercator poseen,
varios valiosos puntos para los marineros. En primer lugar, conservan los contornos, sin
distorsiones, de pequeñas partes separadas del globo. Esto no se altera por el hecho de que
cuanto mayor es la distancia desde el Ecuador, más alargados son los contornos. En las
latitudes altas la distorsión es tan grande que cualquiera que no conozca los rasgos
peculiares de las Cartas de Navegación creería que Groenlandia es tan grande como África, o
Alaska más grande que Australia, sin embargo, realmente, Groenlandia es 15 veces más
pequeña que África, mientras que Alaska, incluso junto a Groenlandia, no sería más de la
mitad de Australia. Esa persona tendría por lo tanto, una concepción completamente errónea
del tamaño de los diferentes continentes. Pero el marinero, al corriente de estas
peculiaridades no estaría en desventaja, porque dentro de las pequeñas secciones del mapa,
la Carta de Navegación proporciona un cuadro exacto (Figura 5).
La Carta náutica es, mas aun, un recurso para resolver las tareas prácticas de la
navegación. Es, a su manera, el único mapa en el que el verdadero curso recto de un navío
se indica por una línea recta. Dirigir un curso firme significa mantener la misma dirección, a
lo largo del mismo rumbo, o en otras palabras cruzar todos los meridianos con el mismo
ángulo.
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Antonio Bravo
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Figura 5. Una carta náutic a o proyección de Mercator del mundo.
Estos mapas dilatan de forma muy importante los contornos de los
territorios que quedan lejos del Ecuador. Qué es más grande:
¿Groenlandia o Australia? (Vea el texto para la respuesta)
Este rumbo, conocido como línea loxodrómica, puede, sin embargo, indicarse como una
línea recta solo en un mapa donde los meridianos son líneas rectas paralelas. Puesto que los
meridianos en el globo se cruzan con la latitud en ángulos rectos, este mapa también debe
mostrar las latitudes como líneas rectas, perpendiculares a los meridianos.
Usted apreciará ahora por qué los marineros se sienten tan atraídos por la Proyección de
Mercator. Para crear el rumbo hacia el puerto de destino, el navegante une los puntos de
salida y destino con una regla, y calcula el ángulo entre esa línea y el meridiano. Siguiendo
este curso en el mar, el navegante llevará su nave infaliblemente a su meta. Por
consiguiente, se verá que mientras que el "loxodromo" no es el camino más corto o el modo
más barato, es, en cierto modo, un rumbo muy conveniente para el marino. Para alcanzar,
digamos, la punta sur de Australia del Cabo de Buena Esperanza (ver Figura 1), el rumbo S
87°50' debe seguirse sin desviaciones. Pero si nosotros queremos llegar allí por el camino
más corto, a lo largo de lo que se conoce como el ortodromo 2, nos veremos forzados, como
puede verse en el dibujo, a cambiar el rumbo continuamente, empezando con S 42°50' y
acabando con N 53°50' (esto sería intentar lo imposible ya que nuestro rumbo más corto
nos llevaría hacia las paredes de hielo del Antártico).
Los dos rumbos, el "loxodrómico", y el "ortodrómico", coinciden en dirección circular a lo
largo del ecuador o cualquiera de los meridianos que se indican en el mapa náutico por una
línea recta. En los restantes casos siempre divergen.
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El grado de Longitud y el grado de Latitud
La pregunta.
Tomo por seguro que los lectores, estarán al corriente de lo que es la longitud y la latitud
geográfica. Pero temo que no todos podrán dar la respuesta correcta a la siguiente
pregunta: ¿Siempre un grado de latitud es mayor que un grado de longitud?
La respuesta
La mayoría, están convencidos de que cada paralelo es más corto que el meridiano. Y ya que
los grados de longitud se miden en los paralelos, y los de latitud, en los meridianos, la
deducción es que bajo ninguna circunstancia podría el primero ser más largo que el último.
Pero aquí se olvidan de que la Tierra no es una esfera perfectamente redonda, sino un
2 Ortodromo: camino más corto que puede seguirse en la Navegación entre dos puntos. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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elipsoide, que se pandea ligeramente en su ecuador. En este elipsoide, no sólo el ecuador,
sino que también sus paralelos adyacentes son más largos que los meridianos. Según los
cálculos, a unos 5° de latitud, los grados de los paralelos, es decir la longitud, resultan más
largos que los grados del meridiano, o lo que es lo mismo, la latitud.
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¿En qué dirección voló Amundsen?
La pregunta
¿Qué dirección tomó Amundsen cuándo regresó del polo Norte, y cual en la vuelta atrás
desde el polo Sur?
Dé la respuesta sin ojear furtivamente el diario de este gran explorador.
La respuesta
El Polo Norte es el punto que se encuentra más al norte del globo. De modo que cualquier
camino que tomemos desde allí, siempre nos moveremos hacia el sur. En su regreso desde
el Polo Norte, Amundsen solo podría ir hacia el sur, no existiendo ninguna otra dirección. A
continuación tenemos una sección del diario de su vuelo del polo Norte a bordo del Norge:
"El Norge circulaba en las proximidades del Polo Norte. Entonces continuamos nuestro
vuelo.... Tomamos dirección al sur por primera vez desde que nuestro dirigible dejó Roma"
Del mismo modo Amundsen sólo podría ir norte al regresar del polo Sur. Hay una anécdota
bastante antigua sobre el Turco que se encontró en un país del Extremo Oriente. "Hacia el
frente, el este, este a la derecha, este a la izquierda. ¿Y qué hay del oeste? También tiene el
este a sus espaldas. Para abreviar, por todas partes no hay nada más que un interminable
este.
Un país con el Este en todas las direcciones es imposible en nuestra Tierra. Pero existe un
punto con solo la dirección Sur alrededor, así como hay un punto en nuestro planeta
rodeado por un Norte "sin fin". En el Polo Norte es posible construir una casa cuyas cuatro
paredes señalen al sur. De hecho, ésta es una tarea que los exploradores soviéticos al Polo
Norte podrían realizar en la actualidad.
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Cinco maneras de contar el tiempo
Estamos tan acostumbrados a utilizar los relojes que a veces no nos damos cuenta de la
importancia de sus indicaciones. Creo que tengo razón si digo que no muchos lectores
sabrán explicar lo que quieren decir cuando dicen: Ahora son las 7 p. m.
¿Es solo que la manecilla pequeña marca la figura del siete? ¿Y qué significa realmente esta
figura? Muestra que después del mediodía, ha pasado una buena parte del día. ¿Pero
después de que mediodía y, en primer lugar, buena parte de qué día? ¿Que es un día? El día
es la duración de una rotación completa de nuestra esfera con respecto al Sol. Desde un
punto de vista práctico se mide como: dos pasadas sucesivas del Sol (para ser más exacto,
de su centro) a través de una línea imaginaria en el cielo que conecta el punto directamente
en lo alto, el cenit, con el punto sur del horizonte. La duración varía, con el cruce del Sol por
esta línea un poco más temprano o más tarde. Es imposible poner un reloj a funcionar con
este "verdadero mediodía". Ni siquiera el artesano más experimentado puede hacer un reloj
que mantenga el tiempo en concordancia con el Sol; es demasiado inexacto. " El Sol
muestra un tiempo equivocado" era hace un siglo el lema de los relojeros de París.
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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Figura 6. ¿Por qué son los días solares más largos que los días
siderales? (Vea el texto para los detalles)
Nuestros relojes no son fijos al Sol real sino que funcionan con relación a un Sol ficticio que
ni brilla ni calienta, pero que se ha inventado para el solo propósito de evaluar el tiempo
correctamente. Imagine que un cuerpo celeste cuyo movimiento a lo largo del año es
constante, tarda exactamente el mismo período de tiempo que el Sol real en pasar por la
Tierra. En Astronomía este cuerpo ficticio se conoce como el Sol Medio. El momento en que
cruza la línea cenit - sur se llama mediodía media, el intervalo entre dos mediodías medias
se conoce como el día solar medio, así que el tiempo queda medido como el tiempo solar
medio. Nuestros relojes quedan regulados según este tiempo solar medio. El reloj de sol, sin
embargo, muestra el verdadero tiempo solar por la situación dada por la sombra del Sol.
El lector podría pensar de lo que se ha dicho que el globo gira irregularmente alrededor de
su eje, y que ésta es la razón para la variación en la longitud del verdadero día solar. Estaría
equivocado, ya que esta variación se debe al desnivel de otro de los movimientos de la
Tierra en su viaje alrededor del Sol. Medite un poco y verá por qué esto afecta a la longitud
del día. Regrese a la Figura 6. Aquí usted ve dos posiciones sucesivas del globo.
Primero la posición izquierda. La flecha inferior derecha muestra la dirección de la rotación
de la Tierra, en sentido contrario a las aguas del reloj, si lo observamos desde el Polo Norte.
En el punto A es ahora mediodía; este punto está directamente opuesto el Sol. Ahora
imagine que la Tierra ha hecho una rotación completa; en este tiempo se ha desplazado
hacia la derecha tomando la segunda posición. El radio de la Tierra con respecto al punto A
es el mismo que el día anterior, pero por otro lado, el punto A ya no se encuentra
directamente frente al sol. No es mediodía para nadie en el punto A; desde que el Sol se
sale de la línea, la Tierra tendrá que girar unos minutos más para que el mediodía alcance el
punto A.
¿Qué implica esto entonces?. Que el intervalo entre dos verdaderos mediodías solares es
más largo que el tiempo que necesita la Tierra para completar un movimiento de rotación.
La Tierra viajar alrededor del Sol a lo largo de una órbita circular, con el Sol en el centro, de
modo que la diferencia entre el período real de rotación y el que nosotros suponemos con
respecto al Sol será constante todos los días sin excepción. Esto se establece fácilmente,
sobre todo si tenemos en cuenta el hecho de que estas pequeñas fracciones de tiempo
suman en el curso de un año un día entero (en su movimiento orbital la Tierra realiza una
rotación extra al año); por consiguiente la duración real de cada rotación es igual a:
365 1/4 días: 366 1/4 = 23 hrs. 56 min. 4 sec.
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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A propósito, deberíamos notar que la longitud "real" de un día simpleme nte es el período de
rotación de la Tierra con relación a cualquier estrella: de aquí el término de día "sideral."
Así el día sideral es, por promedio, 3 min. 56 sec., o, redondeando, cuatro minutos más
corto que el día solar. La diferencia no es uniforme, en primer lugar, porque la órbita de la
Tierra alrededor del Sol es elíptica, no circular, con la Tierra moviéndose más rápida y más
lentamente cuando se encuentra más cerca o más lejos del Sol, y, en segundo lugar, porque
el eje de rotación de la Tierra esta inclinado con respecto a la elíptica. Éstas son las dos
razones por las qué en diferentes ocasiones los días solares verdaderos y los días solares
medios varían en cuestión de minutos, alcanzando los 16 minutos de diferencia en algunas
ocasiones. Las dos medidas de tiempo coincidirán sólo cuatro veces por año: el 15 de abril,
el 14 de junio, el 1 de septiembre y el 24 de diciembre. Y recíprocamente, el 11 de febrero y
el 2 de noviembre la diferencia será la más grande - mas o menos de un cuarto de una
hora. La curva en la Figura 7 muestra el grado de diferencia en los diferentes momentos del
año.
Figura 7. Este mapa llamado "mapa de ecuación de tiempo",
muestra lo grandes que son las diferencias en cualquier día entre el
verdadero mediodía solar y el mediodía solar medio. Por ejemplo, el
1 de abril que un reloj que mida el tiempo con exactitud debe
mostrar las 12:05 al verdadero mediodía.
Antes de 1919, las personas en la URSS fijaban sus relojes con relación al tiempo solar local.
En cada meridiano existía un tiempo diferente (el mediodía "local"), de modo que cada
pueblo tenía su propio tiempo local; sólo los itinerarios de tren se compilaron basándose en
la hora de Petrogrado como tiempo común para el país. De este modo, los residentes
urbanos reconocieron dos tiempos distintos, el "tiempo del pueblo" y "el tiempo del
ferrocarril", siendo el primero de éstos el tiempo medio solar de cada localidad, mostrado
por el reloj de cada pueblo, y siendo el último, el de Petrogrado, el tiempo medio solar,
mostrado por el reloj de la estación. Hoy en día los itinerarios ferroviarios en la URSS se
rigen por la hora de Moscú.
Desde 1919 el control horario en la URSS no ha sido basado en el tiempo local, sino en lo
que se llama el tiempo zonal. Los meridianos dividen el globo en 24 zonas iguales, de modo
que las localidades dentro de una zona tienen la misma hora.
Así hoy día, el globo tiene simultáneamente 24 tiempos diferentes, no la legión de horarios
que existía antes de que la cuenta de tiempo zonal fuese introducida.
A estas tres maneras de contar el tiempo: 1) el verdadero tiempo solar, 2) el tiempo solar
medio local, y 3) el tiempo zonal, nosotros debemos agregar una cuarta, usada sólo por los
astrónomos, el tiempo "sideral", moderado basándose en el antes comentado día sideral que
como ya sabemos, es aproximadamente cuatro minutos más corto que el día solar medio. El
22 de septiembre, el tiempo sideral y solar coinciden. A partir de esto, el primero salta
cuatro minutos hacia delante cada día. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
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11
Finalmente, hay una quinta manera de contar el tiempo, conocida como, tiempo de verano,
utilizada en la URSS todo el año, y en la mayoría de los países europeos en verano.
El tiempo de verano es exactamente una hora antes del tiempo zonal. Esto se utiliza para
ahorrar combustible para la iluminación artificial empezando y acabando el día laborable
más pronto durante el periodo más luminoso del año, entre primavera y otoño. En el Oeste,
se utiliza todas las primaveras, a la una a. m. la manecilla horaria se mueve a las dos,
mientras en otoño el movimiento de la manecilla se invierte.
En la URSS, los relojes han estado adelantados durante el ciclo anual, verano e invierno.
Aunque esto no ahorra más electricidad, asegura un trabajo más rítmico en las fábricas.
El tiempo de verano se introdujo por primera vez en la Unión Soviética en 19173; durante
algún tiempo los relojes estuvieron dos e incluso tres horas adelantados. Tras un descanso
de varios años, el tiempo de verano se decretó de nuevo en la URSS durante la primavera
de 1930 y exactamente significa estar una hora por delante del tiempo zonal.
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La duración de la luz diurna.
Para un cálculo exacto de la duración de la luz diurna en cualquier parte del mundo y en
cualquier día del año, uno debe referirse a las tablas apropiadas en un almanaque
astronómico. Pero el lector apenas necesitará este nivel de exactitud; para un cálculo rápido
pero veraz bastaría con referirse al dibujo añadido en la Figura 8.
Figura 8. Una tabla de duración de la luz
diurna. (vea el texto para los detalles)
Su lado de la izquierda indica la luz del día en horas. La base ofrece la distancia angular del
Sol con relación al ecuador celeste, conocido como la "declinación" del Sol que se mide en
grados. Por último, las líneas que cortan el dibujo, corresponden a las diferentes latitudes de
observación.
Para usar el dibujo debemos conocer la distancia angular del Sol (la "declinación") con
respecto al ecuador para los diferentes días del año. (Ver la tabla a continuación)
Día del año Declinación del Sol Día del año Declinación del Sol
3 En función de los cálculos hechos por el propio autor. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
12
21 enero
8 febrero
23 febrero
8 marzo
21 marzo
4 abril
16 abril
1 mayo
21 mayo
23 junio
-20
-15
-10
-5
0
+5
+10
+15
+20
+23.5
24 julio
12 agosto
28 agosto
10 septiembre
23 septiembre
6 octubre
20 octubre
3 noviembre
22 noviembre
22 diciembre
+20
+15
+10
+5
0
-5
-10
-15
-20
-23.5
1) Hallar la duración de la luz diurna a mediados de Abril, en Leningrado (latitud 60°).
La tabla nos da la declinación del Sol a mediados de Abril como + 10°, ( es decir, su
distancia angular con respecto al ecuador celeste en este momento particular). Ahora
encontramos la marca correspondiente a los 10º en la base de nuestro gráfico y dibujamos
una línea perpendicular que corte la línea que corresponde al paralelo 60. Una vez obtenido
el punto de intersección entre ambas líneas nos dirigimos hacia la izquierda del gráfico para
encontrar que el punto de intersección se corresponde con el valor 14 1/2, lo que significa que
la duración de la luz diurna que buscamos es aproximadamente 14 hrs. 30 min. Decimos
"aproximadamente", ya que el dibujo no tiene en cuenta el efecto de lo que se conoce como
la "refracción atmosférica" (vea Figura 15).
2) Encontrar la duración de la luz del día durante el 10 de noviembre en Astrakhan (46°
Latitud Norte.).
La declinación del Sol durante el 10 de Noviembre es - 17° (está ahora en el Hemisferio
Sur). Aplicando el método anterior encontramos una duración de 14 horas y media. Sin
embargo, debido al estado actual de la declinación-, el valor obtenido implica la duración,
no de luz del día, sino de la oscuridad nocturna. Así que tendremos que restar 14 1/2 a 24 y
así conseguimos 9 horas y media como la duración de la luz del día requerida.
De este modo, también podemos calcular el tiempo de salida del Sol. Dividiendo en dos 9 1/2
, obtenemos 4 horas y 45 minutos. De la Figura 7 sabemos que para el verdadero mediodía
el 10 de noviembre, el reloj mostrará las 11 y 43 minutos. Para encontrar la salida del sol
restaremos 4 horas y 45 minutos, y determinaremos que el sol subirá a las 6 y 58 minutos.
El ocaso, por otro lado, lo obtendremos del siguiente cálculo. 11 horas y 43 minutos + 4
horas y 45 minutos = 16 horas y 28 minutos, es decir , a las 4 y 28 p.m.
Usando este método, se puede generar un gráfico de la salida y puesta del Sol durante un
año entero para una latitud determinada. Un ejemplo para el paralelo 50, dando también la
duración de la luz del día, se proporciona en la Fig. 9. Un cuidadoso escrutinio le ayudará a
dibujar un mapa similar para su propio uso.
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Figura 9. Un mapa anual para la salida y ocaso del sol en el paralelo
50.
Habiendo hecho esto, usted será capaz, con solo una mirada superficial a su gráfico, de decir
el tiempo aproximado de salida del sol o del ocaso en cualquier día dado.
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Sombras extraordinarias
La Fig. 10 puede resultarle bastante extraña. El marinero que está de pie bajo la luz intensa
del Sol carece prácticamente de sombra.
Figura 10. Casi sin sombra. El dibujo reproduce una
fotografía tomada cerca del Ecuador
No obstante, ésta es una imagen real, no realizada en nuestras latitudes, sino en el ecuador,
cuando el Sol se encontraba casi en lo más alto, en lo que se conoce como el "cenit".
En nuestras latitudes el Sol nunca alcanza el cenit, por lo que una imagen como la de la
Figura 10 esta fuera de cuestión. En nuestras latitudes, cuando el Sol de mediodía alcanza lo
más alto el 22 de junio, encontraremos el cenit en el límite norte de la zona tórrida (el Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Trópico de Cáncer, por ejemplo, los 23º 1/2 Latitud Norte). Seis meses después, el 22 de
diciembre, el cenit se encontrará en los 23º 1/2 Latitud Sur (el Trópico de Capricornio).
Entre estos límites, en los trópicos, el Sol del mediodía alcanza el cenit dos vec es por año,
brillando de un modo que evita las sombras, o para ser más exacto, coloca las sombras
justamente debajo del cuerpo que ilumina. La Fig. 11 lleva este efecto a los Polos. Aunque al
contrario que la anterior situación se trata de una imagen fantástica, resulta no obstante
bastante instructiva. Un hombre no puede, por supuesto, tener la sombra en seis lugares
diferentes. El artista pretendía mostrar de forma llamativa la peculiaridad del Sol Polar que
permite que las sombras tengan exactamente la misma longitud alrededor del reloj. Esto se
debe a que en los Polos el Sol no se inclina hacia el horizonte a lo largo del día como hace en
nuestras latitudes, sino que toma un camino casi paralelo al horizonte. El artista, en
cualquier caso, se equivoca, al mostrar una sombra demasiado corta comparada con la
altura del hombre. Para que esto fuese así, el sol debería encontrarse hacia los 40º, algo
que es imposible en los Polos, donde el sol nunca brilla por encima de los 23º 1/2. Así,
puede establecerse fácilmente, el lector con conocimientos de trigonometría puede hacer los
cálculos, que la sombra más corta en los Polos es por lo menos 2.3 veces la altura del objeto
que desarrolla esa sombra.
Figura 11. En el Polo las sombras son de la misma longitud
alrededor del reloj.
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El problema de los dos trenes
La pregunta
Dos trenes absolutamente idénticos que viajan a la misma velocidad se cruzan viniendo de
direcciones opuestas, uno va hacia el oeste y el otro hacia el este. ¿Cuál de los dos es el
más pesado?
La respuesta
El más pesado de los dos, es decir el que más presión ofrece sobre la vía, es el tren que se
desplaza contrariamente a la dirección de rotación de la Tierra, es decir, el tren que se
mueve hacia el oeste.
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Figura 12. El problema de los dos trenes.
Al moverse lentamente alrededor del eje de la Tierra, pierde, debido al efecto centrífugo,
menos peso que el expreso que se dirige hacia el este.
¿Cómo de grande es la diferencia? Tomaremos dos trenes a través del paralelo 60 a 72
kilómetros por hora o a 20 metros por segundo. En ese paralelo la tierra se mueve alrededor
de su eje a una velocidad de 230 metros por segundo.
Por lo tanto el expreso del este tiene un velocidad total de 230 + 20 m/s, es decir 250 m/s,
y el que se desplaza hacia el oeste, una velocidad de 210 m/s. La aceleración centrífuga
para el primer tren será:
2
2 2
1 cm/s
000 , 000 , 320
000 , 25
=
R
V
Teniendo en cuenta que el radio de la circunferencia en el paralelo 60 es de 3,200 Km.
Para el segundo tren la aceleración centrífuga sería:
2
2 2
2 cm/s
000 , 000 , 320
000 , 21
=
R
V
La diferencia en el valor de aceleración centrífuga entre los dos trenes es:
2
2 2
cm/s 6 . 0
000 , 000 , 320
000 , 21 000 , 25 2
2
2
1 "
-
= -
R
V V
Puesto que la dirección de la aceleración centrífuga queda en un ángulo de 60° respecto a la
dirección de la gravedad, tendremos en cuenta sólo el fragmento apropiado de esa
aceleración centrífuga: 0.6 cm/s2 cos 60° qué es igual a 0.3 cm/s2.
Esto da una proporción a la aceleración de la gravedad de 0.3/980 o aproximadamente
0.0003
Por consiguiente el tren que se dirige al este es más ligero que el que va al oeste por un
fragmento del 0.0003 de su peso. Supongamos, por ejemplo, que consiste en unos 45
vagones cargados, es decir unas 3,500 toneladas métricas. Entonces la diferencia en el peso
sería
3,500 ´ 0.0003=1,050 kg.
Para una nave de 20,000 toneladas con una velocidad de 34 kilómetros por hora (20 nudos),
la diferencia sería de 3 toneladas. De este modo, la disminución en el peso de la nave que se
dirige al este también se reflejaría en el barómetro; en el caso anterior el mercurio sería
0.00015 ´ 760, ó 0.1 mm más bajo en la nave que se dirige hacia el este. Un ciudadano de
Leningrado que camina en dirección al este a una velocidad de 5 km/h, se vuelve 1 gramo y
medio aproximadamente más ligero que si se desplazara en la dirección opuesta. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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El reloj de bolsillo como Brújula.
Muchas personas saben encontrar un rumbo en un día soleado usando un reloj. Debe colocar
la esfera de modo que la manecilla horaria apunte hacia el Sol. Entonces parta en dos el
ángulo formado por esta manecilla y la línea que separa las 12 de las 6. La bisectriz indica el
sur. No es difícil entender por qué. Considerando que el Sol tarda 24 horas en cruzar su
camino completo en los cielos, la manecilla que marca la hora se desplaza por nuestro reloj
en la mitad el tiempo, en 12 horas, o dobla el arco en el mismo tiempo. De hecho, si al
mediodía la manecilla de la hora indica el Sol, después lo habrá dejado atrás y habrá
doblado el arco. De este mo do, sólo tenemos que bisecar este arco para encontrar donde se
encontraba el Sol estaba a mediodía, o, en otros términos, la dirección sur (Fig. 13).
Figura 13. Una manera simple pero inexacta de encontrar los
puntos de la brújula con la ayuda de un reloj de bolsillo.
La comprobación nos mostrará que este método es excesivamente tosco, resultando incluso
a veces una docena de grados desviados. Para entender por qué, permítanos examinar el
método propuesto.
La razón principal para la inexactitud es que el reloj, la cara que ponemos boca arriba, se
sostiene paralela al plano horizontal, considerando que el Sol en su paso diario sólo toca ese
plano en los Polos. Por otra parte, su trayectoria cae angularmente en relación con el plano,
tanto como a 90º en el Ecuador. De este modo, el reloj sólo dará los rumbos exactos a los
Polos; en todos los restantes lugares, una desviación mayor o menor es inevitable.
Miremos el dibujo (Fig. 14, a).
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Figura 14. a y b. Por qué el reloj resulta inexacto como brújula.
Supongamos que nuestro observador se encuentra en M. El punto N indica el Polo, mientras
el círculo HASNRBQ, el meridiano celeste, pasa a través del cenit del observador y del Polo.
El paralelo del observador puede determinarse fácilmente: una medida prolongada de la
altitud del polo sobre el horizonte NR lo mostrará igual a la latitud de la situación. Con sus
ojos en la dirección del punto H, el observador en M estará mirando al sur. El dibujo muestra
el paso diario del Sol como una línea recta, la parte sobre el horizonte es día, mientras que
la otra, por debajo del horizonte, es noche. La línea recta AQ indica el paso del Sol en los
equinoccios, cuando el día y la noche tienen la misma duración. SB, el paso del Sol en
Verano, es paralelo a AQ, pero sus mayores proporciones quedan por encima del horizonte,
y sólo una parte insignificante (la llamadas noches cortas de verano) quedan por debajo. El
Sol cruza 1/24ª parte de la circunferencia de estos círculos cada hora, o 360º/24 =15°.
No obstante, a las tres de la tarde, el Sol no se encontrará exactamente al Suroeste, como
habíamos anticipado (15° X 3 = 45°), la razón para la divergencia es que los arcos del paso
del Sol no son iguales en la proyección en el plano horizontal.
Para verlo con claridad nos re mitiremos a la Figura 14, b. Aquí SWNE es el círculo horizontal
visto desde el cenit, y la línea recta SN el meridiano celeste. M es la situación de nuestro
observador, y L el centro del círculo descrito por el Sol en su paso diario, proyectado en el
plano horizontal. El círculo real del camino del Sol se proyecta en la forma de la elipse S'B'.
Ahora proyecte las divisiones horarias de SB, la ruta del Sol, en el plano horizontal. Para
hacer eso, lleve el círculo SB paralelo al horizonte, a la posición S"B", como se muestra en la
Figura 14, a. A continuación, divida ese círculo en 24 partes equidistantes y proyecte los
puntos hacia el plano horizontal. Ahora dibuje desde estos puntos de división, líneas
paralelas a SN que corten la elipse S'B', la cual, si usted recuerda, era el círculo del paso del
Sol proyectado en el plano horizontal. Claramente, percibiremos, que los arcos obtenidos de
este modo resultan desiguales. A nuestro observador la desigualdad le parecerá incluso
mayor, debido a que él no se encuentra en el punto L', el centro de la elipse, sino que está
en el punto M, fuera de él.
Permítanos ahora, para nuestra latitud escogida (53°), estimar el grado de inexactitud al
determinar los puntos de la brújula usando un reloj en un día de verano. En este momento
del año, el nacimiento del Sol se produce entre las 3 a. m. y las 4 a. m. (el límite del
segmento sombreado indica la noche). El Sol alcanza el punto E, este (90º), no a las 6 a. m.
como muestra nuestro reloj, sino que lo hace a las 7:30 a. m. Además, alcanzará los 60º, no
a las 8 a. m. sino a las 9:30 a. m., y el punto 30°, no a las 10 a. m. sino a las 11 a. m. El
Sol estará al SW (45° al otro lado del punto S) no a las 3 p. m. sino a las 1:40 p. m., y no
se encontrará al Oeste (punto W) a las 6 p. m. sino a las 4:30 p. m.
Es más, si nos damos cuenta de que nuestro reloj marca la hora de Verano, que no coincide
con la hora solar real, la inexactitud será mayor aun. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Por lo tanto, aunque el reloj puede emplearse como una brújula, es poco fiable. Esta brújula
improvisada errará menos en los equinoccios (de este modo la situación de nuestro
observador no será excéntrica) y en invierno.
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Noches "blancas" y Días "Negros"
Desde la mitad del mes de abril Leningrado entra en un tiempo de noches "blancas", el
"crepúsculo transparente" y "brillo sin luna", cuya fantástica luz ha engendrado tantos
vuelos de la imaginación poética.
Las blancas noches de Leningrado se asocian estrechamente con la literatura, tanto es así
que muchos se muestran propensos a pensar que esta particular estación es la única
prerrogativa de esta ciudad. Realmente, como un fenómeno astronómico, las noches
"blancas" son reales en cada punto de una latitud definida.
Pasando de la poesía a la prosa astronómica, aprenderemos que la noche "blanca" es la
mezcla del crepúsculo y alba. Pushkin definió este fenómeno correctamente como la reunión
de dos crepúsculos - la mañana y la tarde.
As tho' to bar the night's intrusión
And keep it out the golden heavens,
Doth twilight hasten fo its fusion
With its fellow...
En las latitudes dónde el Sol en su camino por los cielos se deja caer unos 17 1/2° bajo el
horizonte, el ocaso es seguido casi inmediatamente por el alba, dando a la noche una escasa
media hora, a veces incluso menos.
Naturalmente ni Leningrado ni cualquier otro punto tienen el monopolio de este fenómeno.
Un estudio astronómico del límite de la zona de las noches "blancas" lo mostraría lejos al sur
de Leningrado.
Los moscovitas, también, pueden admirar sus "blancas" noches - aproximadamente de la
mitad de Mayo hasta el fin de Julio. Aunque no tan luminosas como en Leningrado, las
noches "blancas" que ocurren en Leningrado en Mayo puede observarse en Moscú a lo largo
de Junio y al comienzo del mes de Julio.
El límite sur de la zona de las noches "blancas" en la Unión Soviética pasa a través de
Poltava, a 49º latitud norte (66 1/2 - 17 1/2°), dónde hay una noche "blanca" al año, a saber,
el 22 de junio. Al norte de este paralelo, las noches "blancas" son más ligeras y más
numerosas; pueden observarse las noches "blancas" en Kuibyshev, Kazan, Pskov, Kirov y
Yeniseisk. Pero como todos estos pueblos se encuentran al sur de Leningrado, las noches
"blancas" son menos (antes o después del 22 de junio) y no son tan luminosas. Por otro
lado, en Pudozh son más luminosas que en Leningrado, mientras en Arkhangelsk, que está
cerca de la tierra del Sol que nunca se pone, estas son muy brillantes. Las noches "blancas"
de Estocolmo son análogas a las de Leningrado.
Cuando el Sol en su punto más bajo no se inclina por debajo del horizonte, sino que
sencillamente lo roza, no tenemos simplemente la fusión de la salida del sol y de su ocaso,
sino que la luz del día continúa. Esto se observa al norte de los 65°42', dónde comienza el
dominio del Sol de medianoche. Aún más al norte, en los 67º24', también podemos dar
testimonio de la noche continua, cuando el amanecer y el crepúsculo se funden al mediodía,
no a la medianoche.
Éste es el día "negro", el episodio opuesto a la noche "blanca", aunque su brillo es el mismo.
La tierra de la "oscuridad del mediodía" también es la tierra del Sol de la media noche, sólo Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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que en un momento diferente del año. Considerando que en Junio que el Sol nunca se
pone4, en Diciembre cuando el Sol nunca sube la oscuridad prevalece durante días.
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La luz del día y la Oscuridad
Las noches "blancas" son la prueba clara de que nuestra noción de la niñez sobre la igual
alternancia de la noche y del día en este mundo es demasiado simplificada. Actualmente, la
alternancia de luz del día y oscuridad es más abigarrada y no encaja en el modelo típico de
día y noche. En este respeto el mundo en que nosotros vivimos puede ser dividido en cinco
zonas, cada una con su propia alternancia de luz diurna y oscuridad.
La primera zona, exterior al ecuador en cualquier dirección, se extiende hasta los paralelos
49. Aquí, y solo aquí, se da un día completo y una noche completa cada 24 horas.
La segunda zona, entre el paralelo 49 y el 65 1/2, abarc a el conjunto de la Unión Soviética, el
norte de Poltava, tiene un continuo crepúsculo alrededor del solsticio de verano. Esta es la
zona de las noches "blancas."
Dentro de la estrecha tercera banda, entre los paralelos 65 1/2 y 67 1/2º, el Sol no se pone
durante varios días alrededor del 22 de junio. Ésta es la tierra del Sol de media noche.
La característica de la cuarta zona, entre 67 1/2º y 83 1/2º, aparte del día continuo en junio,
es la larga noche de Diciembre, cuando hay días sin ninguna salida del sol, y la mañana y el
crepúsculo de la tarde duran todo el día. Ésta es la zona de los días "negros."
La quinta y última zona, al norte del paralelo 83 1/2º, tiene una notable alternancia de luz
diurna y oscuridad. Aquí, la ruptura hecha en la sucesión de días y noches por las noches
"blancas" de Leningrado, perturba completamente el orden normal. Los seis meses entre el
Verano y el solsticio de Invierno, del 22 de junio al 22 de diciembre, pueden ser divididos en
cinco períodos o estaciones. Primero, el día continuo; segundo, la alternancia de día con el
crepúsculo de la media noche, pero sin las noches apropiadas (las noches "blancas" de
Leningrado de verano son una imitación débil de esto); tercero, el crepúsculo continuo, sin
noches apropiadas o días en absoluto.
El cuarto, un continuo crepúsculo que alterna con una noche más autentica alrededor de la
medianoche; y quinto y último, oscuridad completa todo el tiempo. En los seis meses
siguientes, de Diciembre a Junio, estos períodos siguen en el orden inverso.
En el otro lado del ecuador, en el Hemisferio Sur, los mismos fenómenos se observan,
lógicamente, en las latitudes geográficas correspondientes.
Si nunca hemos oído hablar de las noches "blancas" en el "Lejano Sur", es sólo porque el
océano reina allí.
El paralelo en el Hemisferio Sur correspondiente a la latitud de Leningrado no cruza
absolutamente nada de tierra; hay agua por todas partes; de modo que sólo los navegantes
polares han tenido la oportunidad de admirar las noches "blancas" en el sur.
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El enigma del Sol Polar
La pregunta
Los exploradores polares notan un rasgo curioso de los rayos del Sol en verano en las
latitudes altas. Aunque calientan débilmente la superficie de la Tierra, su efecto en todos los
objetos dispuestos verticalmente, sorprendentemente los suficientes en esa zona del mundo,
es más pronunciado.
Los precipicios escarpados y las paredes de las casas llegan a estar bastante calientes, las
caras sufren quemaduras del sol, y más casos se pueden documentar.
¿Cuál es la explicación?
4 Sobre la Bahía de Ambarchik, el Sol no se pone del 19 de mayo al 26 de julio y en la proximidad de la Bahía de
Tixi del 12 de mayo al 1 de agosto. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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La respuesta
Esto puede explicarse por una ley de la física según la cual cuanto menos inclinados son los
rayos, más fuerte es su efecto. Ni siquiera en verano en las latitudes polares el sol sube muy
alto sobre el horizonte
Más allá del círculo polar, su altitud no puede exceder la mitad un ángulo recto - en las
latitudes altas es considerablemente menos.
Tomando esto como nuestro punto de partida, no será difícil establecer que con un objeto
vertical (erguido) los rayos del Sol formen un ángulo mayor que medio ángulo recto, en
otras palabras, esos rayos caen de forma empinada sobre una superficie vertical.
Esto deja claro por qué los rayos del Sol en los Polos, mientras calientan débilmente la
superficie, lo hacen de forma intensa en el caso de los objetos dispuestos verticalmente.
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¿Cuándo comienzan las Estaciones?
Si la nieve está cayendo, el mercurio bajo cero, o si el tiempo es apacible, las personas en el
Hemisferio Norte consideran el 21 de marzo como el fin de Invierno y el comienzo de la
Primavera, que es astronómicamente cierto. Muchos no pueden entender por qué esta fecha
particular ha sido escogida como la línea que divide el Invierno y la Primavera, aunque,
como hemos dicho, podemos comprobar como nos afecta una cruel escarcha o como el
tiempo puede ser caluroso y agradable.
Lo cierto es que el principio de la primavera astronómica no tiene nada que ver con los
caprichos y las vicisitudes del tiempo. El hecho de que el principio de la Primavera sea el
mismo para todos los lugares en este hemisferio nos basta para mostrar que los cambios en
el tiempo no son de ninguna importancia esencial aquí. ¡De hecho, las condiciones
meteorológicas no pueden ser las mismas en la mitad el mundo!
Buscando donde fijar le llegada de las estaciones, los astrónomos no tomaron como guía los
fenómenos meteorológicos sino los astronómicos, por ejemplo, la altitud del Sol del
mediodía y la duración resultante de la luz diurna. El tiempo, entonces, es solo una
circunstancia complementaria.
El 21 de marzo difiere de los otros días del año en que en esta fecha el límite entre la luz y
la oscuridad corta los dos polos geográficos. Si sostenemos un globo junto a una lámpara,
veremos que el límite del área iluminada sigue el meridiano, cruzando el ecuador y todos los
paralelos con ángulos rectos. Sosteniendo el globo así, gírelo sobre su eje: cada punto en su
superficie describirá un círculo, con exactamente una mitad en la sombra, y la otra mitad en
la luz. Esto significa que en ese momento particular del año, la duración del día iguala a la
duración de la noche. Esta igualdad se observa alrededor de todo el mundo del Polo Norte al
Polo Sur.
Así, el rasgo que distingue al 21 de marzo es que por todo el Mundo el día y la noche tienen
la misma duración en esta fecha. Este fenómeno notable se conoce como el Equinoccio
Vernal (Primaveral) - vernal porque no es el único equinoccio. Seis meses después, el 23 de
septiembre de nuevo tenemos un día y una noche iguales, el Equinoccio Otoñal, con el que
finaliza el Verano y llega el Otoño. Cuando en el Hemisferio Norte se da el Equinoccio de
Primavera en el Hemisferio Sur se da el equinoccio otoñal, y viceversa. En un lado del
Ecuador el Invierno da paso a la Primavera, en el otro, el Verano se convierte en Otoño.
Las estaciones en el Hemisferio Norte no se corresponden con esas mismas estaciones en el
Hemisferio Sur.
Permítanos ver cómo la longitud comparativa del día y de la noche cambia a lo largo del
año. Comenzando con el equinoccio otoñal, es decir, el 23 de Septiembre cuando en el
Hemisferio Norte el día es más corto que la noche. Esto dura unos seis meses, con el día
más corto y más corto hasta llegar al 22 de Diciembre, cuando el día se hace poco a poco
más largo, y luego el 21 de Marzo, el día alcanza la noche. Desde ese momento, a lo largo
de la otra mitad del año, el día en el Hemisferio Norte es más largo que la noche,
alargándose hasta el 22 de Junio, y a partir de entonces reduciéndose de nuevo la duración Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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21
del día frente a la noche, pero permaneciendo más largo que esta, hasta que se alcance de
nuevo el equinoccio otoñal, el 23 de Septiembre.
Estas cuatro fechas marcan el principio y el final de las estaciones astronómicas. Para el
Hemisferio Norte las fechas son las siguientes:
21 de marzo, el día iguala a la noche. Comienza la Primavera.
22 de junio, el día más largo. Comienza el Verano.
23 de Septiembre, el día iguala a la noche. Comienza el Otoño.
22 de Diciembre, el día más corto. Comienza el Invierno.
Debajo del ecuador, en el Hemisferio Sur, la Primavera coincide con nuestro Otoño, el
Invierno con nuestro Verano, y así sucesivamente.
Para el beneficio del lector sugerimos en esta fase algunas preguntas que ayudarán a
asimilar y memorizar lo que se ha dicho.
1. ¿Dónde en nuestro planeta el día iguala a la noche durante todo el año?
2. ¿A qué hora, hora local, el Sol subirá en Tashkent el 21 de marzo, en Tokio en la misma
fecha, y en Buenos Aires?
3. ¿A qué hora, hora local, el Sol se pondrá el 23 de septiembre, en Novosibirsk, en Nueva
York, y en el Cabo de Esperanza Buena?
4. ¿A qué hora subirá el Sol en los puntos del ecuador el 2 de agosto y el 27 de febrero?
5. ¿Es posible tener escarcha en Julio y una ola de calor en Enero? 5
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Tres "Si"
A veces es más duro entender lo usual que lo extraño. Comprendemos la utilidad de la
numeración decimal que aprendemos en la escuela, sólo cuando intentamos usar algún otro
sistema, basado por ejemplo en el siete o en el doce. Para apreciar realmente el papel que
la gravedad juega en nuestra vida, imaginemos un fragmento, o al contrario, un múltiplo de
lo que realmente es, un artificio al que nosotros acudiremos después. Entretanto permítanos
recurrir a los "si" para comprender bien las condiciones del movimiento de la Tierra
alrededor del Sol.
Permítanos comenzar con el axioma, que determina que el eje de la Tierra forma un ángulo
de 66 1/2 °, o aproximadamente 3/4 de un ángulo recto, con respecto al plano orbital de la
Tierra. Usted apreciará lo que esto significa imaginando este ángulo no como tres cuartos,
sino como un completo ángulo recto. En otros términos, suponga que el eje de rotación de la
Tierra sea perpendicular a su plano orbital. ¿Qué cambios introduciría esto en la rutina de la
Naturaleza?
a. Si el Eje de la Tierra Fuera Perpendicular al Plano Orbital
Bien, suponga que los artilleros de Julio Verne han logrado su proyecto de "enderezar el eje"
de la Tierra, y le hacen formar un ángulo recto al plano del vuelo orbital de nuestro planeta
alrededor del Sol. ¿Qué cambios observaríamos nosotros en la Naturaleza?
En primer lugar, la Estrella Polar - a Ursae Minoris Polaris - dejaría de ser polar, ya que la
continuación del eje de la Tierra no pasaría cerca de ella, sino cerca de algún otro punto
alrededor en el giro de la cúpula celeste.
5 Las respuestas: 1) El día y la noche siempre tienen una longitud igual en el ecuador, como el límite entre la luz y la
oscuridad que también divide el ecuador en dos mitades iguales, independiente de la posición de la Tierra. 2 y 3)
Durante los equinoccios el Sol sube y pasa por el mundo a las mismas horas, 6 a. m. y 6 p. m. ( en hora local). 4) El
Sol sale en el Ecuador a las 6 a. m. todos los días a lo largo del año. 5) Las escarchas de Julio y las olas de calor de
Enero son episodios comunes en las latitudes del sur. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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22
Además, la alternancia de las estaciones sería completamente diferente, o incluso no
existiría ninguna alternancia. ¿Qué causa las estaciones? ¿Por qué el Verano es más caluroso
que el Invierno? Permítanos no evadir esta pregunta común. En la escuela obtuvimos una
vaga idea de ello, y después de la escuela la mayoría de nosotros estaba demasiado
ocupado con otras cosas para molestarse en pensar sobre el tema.
El Verano en el Hemisferio Norte es caluroso, en primer lugar, porque la inclinación del eje
de la Tierra, hace los días más largos y las noches más cortas. El Sol calienta la tierra
durante un tiempo más largo y no hay ningún enfriamiento pronunciado durante las pocas
horas de oscuridad - el flujo de calor aumenta y las disminuciones del mismo disminuyen. En
segundo lugar, (debido de nuevo a la inclinación del eje de la Tierra hacia el Sol), como el
Sol se encuentra muy alto durante el día, sus rayos caen más directamente sobre la Tierra.
De modo que, en verano el Sol proporciona más y más calor, mientras que la pérdida de
este durante la noche es muy ligera. En invierno, sucede lo contrario, la duración del calor
es más corta y, además, es más débil, ya que por la noche el enfriamiento es más
pronunciado.
En el Hemisferio Sur este proceso tiene lugar seis meses después, o antes, si usted desea.
En Primavera y Otoño los dos polos son equidistantes con respecto a los rayos del Sol; el
círculo de luz casi coincide con los meridianos; el día y la noche prácticamente son iguales; y
las condiciones climáticas esta a medio camino entre el Invierno y el Verano.
¿Qué sucedería si el eje de la Tierra fuera perpendicular al plano orbital? ¿Tendríamos esta
alternancia? No, porque el globo siempre se enfrentaría a los rayos del Sol con el mismo
ángulo, y tendríamos la misma estación en todos los momentos del año. ¿Qué sería esta
estación? Podríamos llamarlo Primavera en las zonas templadas y polares aunque con el
mismo derecho podría llamarse Otoño.
Siempre y en todas las partes del globo, día y noche serían iguales el día igualaría noche,
como sucede ahora sólo en el caso de la tercera semana de Marzo y Septiembre. (Éste es
aproximadamente el caso de Júpiter; su eje de rotación es casi perpendicular al plano de su
desplazamiento alrededor del Sol.)
Ése sería el caso de la zona templada. En la zona tórrida, el cambio en el clima no sería tan
notable; en los polos sucedería lo contrario. Aquí debido a la refracción atmosférica, el Sol se
elevaría ligeramente sobre el horizonte (Figura 15), en lugar de salir completamente, solo
rozaría el horizonte. El día, o, para ser más exacto, el principio de la mañana, serían
perpetuos. Aunque el calor emitido por este Sol tan bajo sería ligero, ya que nunca dejaría
de emitirlo durante todo el año, el clima polar, ahora yermo, sería apreciablemente más
apacible. Pero esa sería una pobre compensación para el daño que recibirían las áreas muy
desarrolladas del planeta.
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Figura 15. La refracción atmosférica. El rayo del astro S2 se
refracta y se curva al atravesar las capas de la atmósfera
terrestre, pensando el observador que se emite desde el punto
S'2 punto más alto. Aunque el astro, S1 ya se ha hundido por
debajo del horizonte, el observador todavía lo ve, debido a la
refracción
b. Si el eje de la tierra se inclinara 45º en el plano orbital.
Imaginemos ahora una inclinación de 45º del eje de la Tierra con respecto al plano orbital.
Durante los equinoccios (alrededor del 21 de marzo y el 23 de septiembre) el día se
alternaría como ahora con la noche. Sin embargo, en junio el Sol alcanzaría el cenit hacia el
paralelo 45 y no en el 23 y medio; esta latitud llegaría a ser tropical. A la latitud de
Leningrado (60º) el sol estaría a no más de 15º del cenit, una altitud solar verdadera mente
tropical. La zona tórrida limitaría directamente con la zona frígida, no existiendo la zona
templada. En Moscú y Cracovia el mes de junio sería un continuo y largo día.
Al contrario, en invierno, la oscuridad polar prevalecería durante semanas en Moscú, Kiev,
Kharkov y Poltava. Y la zona tórrida en esta estación sería más templada porque el Sol al
mediodía no subiría por encima de los 45º. Naturalmente, las zonas tórridas y templadas
perderían mucho con este cambio. Las regiones Polares, sin embargo, ganarían. Aquí,
después de un invierno sumamente severo, peor que los actuales, habría un verano
ligeramente caluroso, teniendo en cuenta que en el Polo el Sol al mediodía estaría sobre los
45º y brillaría durante mas de la mitad del año. Los hielos eternos del ártico se retirarían
apreciablemente bajo la acción benéfica de los rayos del sol.
c. Si el eje de la Tierra coincidiera con el plano Orbital
Nuestro tercer experimento imaginario es poner el eje de la Tierra en su plano orbital (Fig.
16). La Tierra giraría entonces alrededor del Sol "en una posición tendida", girando en su eje
de la misma manera que lo hace ese miembro remoto de nuestra familia planetaria, Urano.
¿Qué pasaría en este caso?
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Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
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24
Figura 16. Así es cómo la Tierra se movería
alrededor del Sol si el eje de rotación
estuviera en su plano Orbital.
En las proximidades de los polos habría un día de seis meses durante el cual, el Sol subiría
en espiral del horizonte al cenit, y luego descendería de la misma forma hacia el horizonte.
Tras esto viviríamos una noche de seis meses. Día y noche quedarían divididos por un
crepúsculo de varios días de duración. Antes de desaparecer bajo el horizonte, el Sol
cruzaría los cielos durante varios días, rozando el horizonte. Un verano así fundiría todo el
hielo acumulado durante el invierno.
En las latitudes medias los días rápidamente se harían más largos con el comienzo de la
Primavera; tras esto, tendríamos luz diurna durante varios días. Ese largo día significaría
aproximadamente el número de días que coincidiera con el número de grados que distan del
Polo y su duración sería aproximadamente el número de días igual a los grados del doble de
la latitud.
En Leningrado, por ejemplo, esta continua luz diurna empezaría 30 días después del 21 de
marzo, y duraría 120 días. Las noches reaparecerían 30 días antes del 23 de septiembre. En
invierno sucedería lo contrario; una continua luz diurna sería reemplazada por una oscuridad
continua de aproximadamente la misma duración. Sólo en el ecuador la noche y el día serían
siempre iguales.
El eje de Urano se inclina sobre su plano orbital mas o menos como se describe
anteriormente; su inclinación hacia su propio plano en su camino alrededor del Sol es de
sólo 8º. Uno podría decir de Urano que gira alrededor del Sol "echándose a su lado."
Estos tres "si", podrían con toda la probabilidad, dar una buena idea al lector de la relación
entre el clima y la inclinación del eje de la Tierra. No es accidental que en griego la palabra
"clima" signifique "inclinación"
d. Un "Si" Más
Permítanos ahora regresar a otro aspecto de los movimientos de nuestro planeta, la forma
de su órbita. Como cada planeta, la Tierra cumple la primera ley de Kepler que es que cada
planeta sigue un camino elíptico del que el Sol es uno de los focos.
¿Cómo es la elipse de la órbita terrestre? ¿Difiere significativamente de un círculo?
Los libros de texto y los folletos de astronomía elemental pintan a menudo la órbita del
globo como una elipse bastante extendida. Esta imagen, mal entendida, queda fija en Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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25
muchas mentes para toda la vida; muchas personas permanecen convencidas que la órbita
de la Tierra es una elipse notablemente larga. Sin embargo, esto no es así en absoluto; la
diferencia entre la órbita de la Tierra y un círculo es tan despreciable que no puede dibujarse
de otra forma que no sea como un círculo. Supongamos que en nuestro dibujo el diámetro
de la órbita es un metro. La diferencia entre él y un círculo sería menos que el espesor de la
línea dibujada para pintarlo. Incluso el exigente ojo del dibujante no distinguiría entre esta
elipse y un círculo.
Permítanos sumergirnos por un momento en la geometría elíptica. En la elipse de la Fig. 17,
AB es su "eje mayor", y CD, su "eje menor". Aparte del centro O, cada elipse todavía tiene
otro dos puntos importantes, los "focos", puestos simétricamente en el eje mayor a ambos
lados del centro. Los focos se encuentran de la siguiente manera (Fig. 18). Un par de
piernas de compás se estiran para cubrir una distancia igual al semi-eje principal OB. Con
una pierna en C, el fin del eje menor, describimos con la otra un arco que se cruza con el eje
mayor. Los puntos de intersección, F y F1 son los focos de la elipse.
Figura 17. Una elipse y sus ejes, mayor (AB) y menor (el
CD). El Punto O designa su centro
Las distancias iguales OF y OF1 se designarán ahora como c, y los ejes, mayor y menor, 2a y
2b. El tramo c, medido fuera de la longitud un del semi-eje mayor, por ejemplo, el
fragmento c/a es la medida de la extensión de la elipse y se llama "excentricidad". Cuanto
mayor sea la diferencia entre la elipse y el circulo, mayor será la excentricidad.
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Figura 18. Cómo se localizan los focos de una elipse
Tendremos una idea exacta de la forma de la órbita terrestre cuando conozcamos el valor de
su excentric idad. Esto incluso puede determinarse sin medir el valor de la órbita. El Sol,
dispuesto como uno de los focos de la órbita, nos parece en la Tierra de un tamaño
diferente, algo que se debe a las diferentes distancias de los puntos de la órbita desde ese
foco. A veces las dimensiones visibles del Sol aumentan, a veces disminuyen, su proporción
se ajusta exactamente a la proporción de las distancias entre la Tierra y el Sol en los
momentos de observación. Asumamos que el Sol sea el foco F1 de nuestra elipse (Fig. 18).
La Tierra estará aproximadamente en el punto A de la órbita el 1 de julio, cuando veremos
el disco más pequeño del Sol, su valor angular será 31'28". La Tierra alcanzará el punto B
aproximadamente el 1 de enero, cuando aparentemente el disco del Sol está en su ángulo
más grande 32'32".
Así damos con la siguiente proporción:
c a
c a
AF
BF
+
-
= =
1
1
32" 32'
" 28 ' 31
de donde conseguimos la llamada proporción derivativa:
28" 31' 32" 32'
32" 32' - 28" 31'
) (
) (
+
=
- + +
+ - -
c a c a
c a c a
o:
a
c
=
' 64
" 64
Esto significa que:
017 . 0
60
1
= =
a
c
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Por ejemplo, la excentricidad de la órbita de la Tierra es 0.017. Todo lo que necesitamos,
por consiguiente, es tomar una medida cuidadosa del disco visible del Sol para determinar la
forma de la órbita de la Tierra.
Ahora demostraremos que la órbita de la Tierra difiere muy poco de un círculo. Imagine un
dibujo enorme con el semi-eje mayor de la órbita igual a un metro. ¿Cuál será la longitud
del otro eje menor de la elipse? Del triángulo del ángulo recto OCF1 (Fig. 18) encontramos
2
2 2
2
2
2 2 2
a
c
o
,
a
b a
b a c
-
=
- =
pero c/a es la excentricidad de la órbita de la Tierra, es decir, 1/60. Reemplazamos la
expresión algebraica a2 - b2 por (a - b) (a + b), y ( a + b) por 2a, ya que b difiere
ligeramente de a.
Así obtenemos
a
b a
a
b a a ) ( 2 ) ( 2
60
1
2 2
-
=
-
=
y por lo tanto a - b = a/2 ´ 602 = 1000/7200, es decir, menos de 1/7 mm.
Hemos encontrado que incluso a esta gran escala, la diferencia entre la longitud del mayor y
del menor de los semi-ejes de la órbita de la Tierra no es mayor que 1/7 mm. (más delgada
que una línea dibujada con un lápiz fino)
Así que no estaremos muy equivocados si dibujamos la órbita de la Tierra como un círculo.
¿Pero dónde encajaría el Sol en nuestro esquema? ¿Para ponerlo como foco de la órbita,
cuán lejos debe estar del centro? ¿En otras palabras, cual sería la longitud de OF o de OF1,
en nuestro dibujo imaginario? El cálculo es bastante simple:
cm. 7 , 1
60
100
60
60
1
= = =
=
a
c
a
c
En nuestro dibujo el centro del Sol debe estar 1.7 cm fuera del centro de la órbita. Pero
como el propio Sol debe dibujarse como un círculo de 1 cm. De diámetro, sólo los ojos
entrenados del pintor se darían cuenta de que no está en el centro del círculo.
La conclusión práctica es que podemos dibujar la órbita de la Tierra como un círculo,
colocando al Sol ligeramente al lado del centro.
¿ Podría esta insignificante asimetría en la posición del Sol influir en el clima de la Tierra?
Para descubrir el efecto probable, nos permitimos dirigir otro experimento imaginario,
jugando de nuevo a "Si." Suponga que la excentricidad de la órbita de la Tierra sea más
grande, digamos, 0.5. Aquí el foco de la elipse dividiría su semi-eje por la mitad; esta elipse Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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se parecería aproximadamente a un huevo. Ninguna de las órbitas de los planetas mayores
en el sistema solar tiene esta excentricidad; La órbita de Plutón, la más prolongada, tiene
una excentricidad de 0.25. (los asteroides y los cometas, sin embargo, siguen elipses más
pronunciadas.)
Volver
Si la trayectoria de la Tierra fuera más pronunciada.
Imagine la órbita de Tierra notoriamente alargada, con el foco dividiendo su semi-eje mayor
en la mitad. La figura 19 muestra esta órbita. La Tierra, hasta aquí, estaría en el punto A, el
más cercano al Sol, el 1 de enero, y en el punto B, el más lejano, el 1 de Julio. Ya que FB es
tres veces FA, el Sol estaría tres veces mas cerca de nosotros en Enero que en Julio. Su
diámetro en Enero sería el triple del diámetro de Julio, y la cantidad de calor emitido sería
nueve veces mayor que en Julio (la proporción inversa de la longitud cuadrada). ¿Que
pasaría entonces con nuestros Inviernos del Norte? Sólo que el Sol estaría más bajo en el
cielo, los días serían más cortos y las noches más largas. Pero, no tendríamos un tiempo
frió, ya que la proximidad del Sol compensaría el déficit de luz diurna.
A esto debemos agregar otra circunstancia, que proviene de la segunda ley de Kepler, que
dice que el vector radio alcanza áreas iguales en tiempos iguales.
Figura 19. Ésta es la forma que la órbita de la Tierra tendría, si
su excentricidad fuera 0.5. El sol está en el foco F.
El " vector radio" de una órbita es la línea recta que une el Sol con el planeta, la Tierra en
nuestro caso. La Tierra se desplaza a través de su órbita junto a su vector radio, con este
último barriendo una cierta área. Sabemos por la ley de Kepler que las secciones de un área
de una elipse barridas en el mismo tiempo, son iguales. En puntos cercanos al Sol, la Tierra
tiene que moverse más rápido a lo largo de su órbita que en puntos más lejanos, si no el
área barrida por un radio-vector más corto no igualaría el área cubierta por uno más largo.
(Fig. 20).
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Figura . 20. Una ilustración de la segunda ley de Kepler: Si el
planeta viaja a lo largo de los arcos AB, CD y EF en tiempos
iguales, los segmentos sombreados deben ser iguales en cuanto
al área.
Aplicando esto a nuestra órbita imaginaria deducimos que entre Diciembre y Febrero,
cuando la Tierra está más cerca del Sol, se mueve más rápido a través de su órbita que
entre Junio y Agosto. En otros térmi nos, el invierno del Hemisferio Norte es de duración
corta. Mientras que el verano al contrario, es largo, como si estuviera compensando el poco
calor ofrecido por el Sol.
Fig. 21 amuebla una idea más exacta de la duración de las estaciones bajo nuestras
condiciones imaginadas. La elipse pinta el formulario de la nueva órbita de la Tierra, con una
excentricidad 0.5. Las figuras 1-12 dividen el camino de la Tierra en las secciones que cruza
a los intervalos iguales; según la ley de Kepler las secciones de la elipse divididas por los
radio-vectores son iguales en el área.
La Tierra alcanzará el punto 1, el 1 de Enero, el punto 2 el 1 de Febrero, el punto 3, el 1 de
marzo, y así sucesivamente. El dibujo nos muestra que en esta órbita el equinoccio
primaveral (A) debe darse al principio de Febrero, el otoñal (B) al final de Noviembre. Así el
Invierno del Hemisferio Norte duraría poco más de dos meses, desde finales de Noviembre a
comienzos de Febrero. Por otro lado la estación de días largos y un sol de mediodía alto,
duraría del equinoccio primaveral al otoñal, y por lo tanto serían más de 9 meses y medio.
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Figura 21. Así es cómo la Tierra giraría alrededor del Sol, si su
órbita fuese una elipse muy prolongada. (El planeta cubre las
distancias entre cada punto, en el mismo tiempo - un mes.)
Lo contrario sucedería en el Hemisferio Sur. El Sol permanecería bajo y los días serían
cortos, cuando la Tierra estuviera más lejos del Sol diurno y el calor de este menguaría al
menos una novena parte. El Invierno sería mucho más riguroso y de lejos más largo que en
el Norte. Por otro lado, el Verano, aunque corto, sería intolerablemente caliente.
Otra consecuencia de nuestro "Si." En Enero el movimiento orbital rápido de la Tierra haría
que los momentos de mediodía medio y del verdadero mediodía fueran considerablemente
distintos, una diferencia de varias horas. Esto haría muy inoportuno seguir el tiempo solar
medio que observamos ahora.
Ahora tenemos una idea de los efectos de la posición excéntrica del Sol en la órbita de la
Tierra. Primero, el Invierno en el Hemisferio Norte debe ser más corto y más apacible, y el
Verano más largo que en el Hemisferio Sur. ¿Esto es realmente así? Indiscutiblemente, sí.
En Enero la Tierra está más cerca del Sol que en Julio por 2 X 1/60, es decir, por 1/30. Por
eso, la cantidad de calor recibida se incrementa (61/59)2 veces, en consecuencia un 6%.
Esto alivia un poco la severidad del Invierno en el Hemisferio Norte.
Además, el otoño y el Invierno del Hemisferio Norte juntos son aproximadamente ocho días
más cortos que las mismas estaciones del Hemisferio Sur; mientras que el Verano y la
Primavera en el Hemisferio Norte son ocho días más largos que en el Hemisferio Sur.
Posiblemente, esta puede ser la razón por la que el hielo es más espeso en el Polo Sur.
Debajo encontramos una tabla que nos muestra la longitud exacta de las estaciones en los
Hemisferios Norte y Sur:
Hemisferio Norte
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
Longitud
92 días 19 horas
93 días 15 horas
89 días 19 horas
89 días 0 horas
Hemisferio Sur
Otoño
Invierno
Primavera
Verano
Como se puede ver, el Verano en el Hemisferio Norte es 4.6 días más largo que el Invierno,
y la Primavera 3 días más larga que el Otoño. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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El Hemisferio Norte no retendrá esta ventaja eternamente. El eje mayor de la órbita de la
Tierra está cambiando gradualmente en el espacio, con el resultado de que los puntos más
cercano y más lejano a lo largo de la órbita del Sol se transfieren a otra parte. Estos
movimientos representan un ciclo completo cada 21,000 años y se ha calculado que
alrededor del 10700 después de Cristo el Hemisferio Sur disfrutará las ventajas antes dichas
que ahora posee el Hemisferio Norte.
Tampoco esta rígidamente fijada la excentricidad de la órbita de la Tierra; vacila despacio a
lo largo de las épocas entre casi cero (0.003), cuando la órbita es casi un círculo, y 0.077,
cuando la órbita es mas alargada, pareciéndose en eso a Marte. Actualmente su
excentricidad esta menguando; disminuirá durante otros 24 milenios hasta quedar en 0.003,
e invertirá el proceso entonces durante 40 milenios. Estos cambios son tan lentos que su
importancia es completamente teórica.
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¿Cuándo Estamos más Cerca del Sol, al mediodía o por la tarde?
Si la órbita terrestre fuera estrictamente circular con el Sol en su punto central, la respuesta
sería muy simple. Estaríamos a mediodía más cerca del Sol, cuando los puntos
correspondientes en la superficie del globo, pertenecientes a la rotación axial de la Tierra,
están en conjunción con el Sol. La longitud más grande de esta proximidad al Sol sería, para
los puntos en el ecuador, de 6.400 Km., la longitud del radio de la Tierra.
Pero la órbita de la Tierra es una elipse con el Sol en uno de sus focos (Fig. 22).
Figura 22. Un diagrama del tránsito de la Tierra alrededor del
Sol.
Como consecuencia, a veces la Tierra está más cerca del Sol y a veces más lejos. Durante
los seis meses entre el 1 de Enero y el 1 de Julio, la Tierra se mueve alejándose del Sol y
durante los otros seis se aproxima. La diferencia entre la distancia más grande y la más
pequeña es de
2 ´ 1/60 ´ 150.000.000. es decir 5.000.000 kilómetros.
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Esta variación en la distancia promedia unos 28.000 km al día. Por consiguiente, entre el
mediodía y el ocaso ( en un cuarto de día) la distancia recorrida de ese promedio es de
7.500 km, es decir, más que la distancia de la rotación axial de la Tierra.
De aquí, la respuesta: entre Enero y Julio estamos al mediodía más cerca del Sol, y entre
Julio y Enero estamos más cerca por la tarde.
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Agregue un Metro
Pregunta
La Tierra se mueve alrededor del Sol a una distancia de 150,000,000 Km. Suponga que
nosotros agregamos un metro a esta distancia.
Figura 23. ¿Cuánto mayor sería la órbita de la Tierra, si nuestro
planeta estuviera 1 metro más lejos del Sol? (ver el texto para la
respuesta).
¿Cuánto más largo sería el camino de la Tierra alrededor del Sol y cuánto más largo el año,
con tal de que la velocidad del movimiento orbital de la Tierra permanezca invariable (vea
Fig. 23)?
La respuesta
Ahora un metro no es mucha distancia, pero, teniendo en cuenta la enorme longitud de la
órbita de la Tierra, uno podría pensar que la suma de esta distancia insignificante
aumentaría la longitud orbital notoriamente e igualmente la duración del año.
Sin embargo, el resultado, es tan infinitesimal que nos inclinamos por dudar de nuestros
cálculos. Pero no hay ninguna necesidad de sorprenderse; la diferencia realmente es muy
pequeña.
La diferencia en la longitud de dos circunferencias concéntricas no depende del valor de sus
radios, sino de la diferencia entre ellos. Para dos circunferencias descritas en un suelo el
resultado sería exactamente igual que para dos circunferencias cósmicas, siempre que la
difere ncia entre los radios sea de un metro en ambos casos. Un cálculo nos mostrará como
es esto posible.
Si el radio de la órbita de la Tierra (aceptada como un círculo) es, R metros, su longitud será
2pR. Si nosotros hacemos ese radio 1 metro más largo, la longitud de la nueva órbita será
2p (R+1) = 2pR + 2p
La suma a la órbita es, por consiguiente, sólo 2p, en otras palabras, 6,28 metros, y no
depende de la longitud del radio.
De aquí que la travesía de la Tierra alrededor del Sol, con la suma de ese metro, sea solo 6
1/4 metros más larga. El efecto práctico de esto en la longitud del año sería nulo, ya que la
velocidad orbital de la Tierra es de 30.000 metros por segundo. El año sería sólo 1/5000ª
parte de un segundo más largo qué el actual, por lo que lógic amente nunca lo notaríamos. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Desde diferentes puntos de vista.
Siempre que deje caer algo, usted observará que cae verticalmente. Podría considerar raro
que otra persona haya observado como ese objeto no caía en línea recta. Algo que sería
cierto en el caso de cualquier observador no involucrado junto con nosotros en los
movimientos de la Tierra.
Figura 24. Cualquiera en nuestro planeta vería un
objeto caer libremente a lo largo de una línea recta
Imaginémonos a nosotros mismos mirando un cuerpo que cae a través de los ojos de ese
observador. La figura 24 muestra una pesada bola que se deja caer libremente de una altura
de 500 metros. Al caer, participa naturalmente y de forma simultanea de todos los
movimientos terrestres.
La única razón por la qué no notamos esos movimientos suplementarios y rápidos del cuerpo
que cae, es porque nosotros también estamos envuelto en ellos. Si pudiéramos evitar la
participación en uno de los movimientos de nuestro planeta, veríamos como ese cuerpo no
cae verticalmente, sino que sigue otro camino.
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Figura 25. El hombre en la Luna vería el mismo vuelo
como una curva.
Supongamos que no estamos mirando el cuerpo que cae desde la superficie de la Tierra,
sino desde la superficie de la Luna. Aunque la Luna acompaña a la Tierra en su movimiento
alrededor del Sol, no está implicada en su rotación axial. Así que desde la Luna veríamos a
ese cuerpo hacer dos movimientos, uno vertical hacia abajo y otro, qué no habíamos
observado antes, hacia el este en una tangente con la superficie de la Tierra. Los dos
movimientos simultáneos se suman, de acuerdo con las reglas de la mecánica, y, como uno
es desigual y el otro uniforme, el movimiento resultante nos dará una curva. La figura 25
muestra esa curva, o cómo un hombre con una vista muy aguda vería desde la Luna un
cuerpo que cae en la Tierra.
Figura 26. Un cuerpo que cae libremente hacia nuestra Tierra al
mismo tiempo se mueve en una tangente, descrita por los
puntos de la superficie de la Tierra debido a la rotación.
Permítanos ir que uno camina más allá y se imagina en el Sol que observa a través de un
telescopio extra-poderoso el vuelo hacia la tierra de esta pelota pesada. En el Sol nosotros Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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estaremos fuera de la rotación axial de ambos el Tierra y su revolución orbital. De, nosotros
veremos tres movimientos del cuerpo cayente simultáneamente (Fig. 26): 1) una gota
vertical hacia la superficie de la Tierra, 2) un movimiento hacia el este a lo largo de una
tangente hacia la superficie de la Tierra y 3) una ronda del movimiento el Sol.
El movimiento número 1 cubre 0.5 km. El movimiento número 2, en los 10 segundos del
vuelo descendente del cuerpo, cubriría, a la latitud de Moscú, 0.3 x 10 = 3 km.
El tercero, y más rápido de los movimientos sería de 30 kilómetros por segundo, por lo que
en los 10 segundos de su movimiento descendente viajaría 300 km. a lo largo de la órbita
terrestre.
En comparación con este pronunciado movimiento, los otros, de 0.5 km. hacia abajo y de 3
km. a lo largo de la tangente, apenas se distinguirían; desde un mirador en el Sol, solo
veríamos el vuelo principal. ¿Qué tendríamos? Aproximadamente lo que vemos ( la escala
correcta no ha sido respetada en este ejemplo) en la Figura 27.
Figura 27. Esto es lo que cualquiera, observando el cuerpo que cae
mostrado en la Figura 24, vería desde el Sol (la escala se ha
desestimado).
La Tierra se desplaza hacia la izquierda, mientras el cuerpo cae desde un punto sobre la
Tierra en la posición mostrada a la derecha, a un punto correspondiente en la Tierra
mostrada a la izquierda. Como se dijo anteriormente, la escala correcta no ha sido respetada
- en los 10 segundos de caída, el centro de la Tierra no se habrá desplazado 14.000
kilómetros, como nuestro artista ha reflejado en el dibujo persiguiendo una mayor claridad,
sino sólo 300 kilómetros.
Permítanos dar otro paso e imaginarnos en una estrella, por ejemplo, en un Sol remoto, más
allá incluso de los movimientos de nuestro propio Sol. Desde allí observaríamos, aparte de
los tres movimientos expuestos anteriormente, un cuarto movimiento del cuerpo que cae
con respecto a la estrella en la que nosotros nos encontrásemos. El valor y la dirección del
cuarto movimiento dependen de la estrella que nosotros hayamos escogido, es decir, en el
movimiento de todo el sistema solar con respecto a esa estrella.
Figura 28. Cómo vería un observador situado en una estrella Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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distante un cuerpo cayendo hacia la Tierra.
La Figura 28 es un caso probable cuando el sistema solar se mueve con respecto a la
estrella escogida en un ángulo agudo respecto a la eclíptica, a una velocidad de 100
kilómetros por segundo (las estrellas tienen velocidades de este orden.) En 10 segundos
este movimiento desplazaría al cuerpo que cae unos 1.000 kilómetros y, naturalmente,
complicaría su vuelo. La observación desde otra estrella nos daría para esta misma
trayectoria, otro valor y otra dirección.
Podríamos ir incluso más lejos e imaginar que características podría tener el vuelo de un
cuerpo que cae hacia nuestro planeta, para un observador que se encuentra más allá de la
Vía Láctea, y que por lo tanto no estaría involucrado en el rápido movimiento de nuestro
sistema estelar con respecto a otras islas del universo.
Mas no existe finalidad alguna para hacerlo. A estas alturas, los lectores ya sabrán que,
observando desde diferentes puntos el vuelo de un cuerpo que cae, este vuelo se verá de
forma diferente.
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Tiempo no terrenal
Usted ha trabajado una hora y después ha descansado durante una hora. ¿Son estos dos
tiempos iguales? Indiscutiblemente sí, si utilizamos un buen reloj, la mayoría de las
personas así lo dirían. ¿Pero qué reloj deberíamos usar? Naturalmente, uno verificado por la
observación astronómica, o en otros términos, uno que repique con el movimiento de un
globo que gira con la uniformidad ideal, volviendo a los mismos ángulos en exactamente el
mismo tiempo.
¿Pero cómo, puede uno preguntarse, sabemos que la rotación de la Tierra es uniforme? ¿Por
qué estamos seguros de que las dos rotaciones axiales consecutivas de nuestro planeta
tardan en realizarse el mismo tiempo? Lo cierto es que no podemos verificar esto mientras
que la rotación de la Tierra sea una medida de tiempo.
Últimamente algunos astrónomos han encontrado útil en algunos casos reemplazar de forma
provisional este modelo de movimiento uniforme por otro. A continuación se exponen las
razones y las consecuencias de este paso.
Un cuidadoso estudio reveló que en sus movimientos, algunos de los cuerpos celestes no se
comportan de acuerdo a las suposiciones teóricas, y que la divergencia no puede explicarse
por las leyes de la mecánica celestial. Se encontró que la Luna, los satélites de Júpiter I y II,
Mercurio, e incluso los movimientos anuales del Sol, es decir, el movimiento de nuestro
propio planeta a lo largo de su propia órbita, tenían variaciones para las que no había
ninguna razón aparente.
Por ejemplo, la Luna se desvía de su órbita teórica al menos 1/6ª parte de un minuto de un
arco en algunas épocas, y el Sol llega a un segundo de arco. Un análisis de estas
incongruencias descubrió un rasgo común entre todos: en un período determinado, la
velocidad de estos movimientos aumenta y, mas tarde, se ralentiza. Naturalmente se dedujo
que estas desviaciones tenían una causa común.
¿No se deberá esto a la "inexactitud" de nuestro reloj natural, a la desafortunada opción de
la rotación terrestre como un modelo de movimiento uniforme?
La cuestión de reemplazar el "reloj terrestre" fue planteada. Provisionalmente este quedó
descartado, y el movimiento investigado pasó a medirse por otro reloj natural basado en los
movimientos de los satélites de Júpiter, la Luna, o Mercurio ( los movimientos de ambos o
de uno u otro de estos elementos). Esta acción inmediatamente introdujo el orden
satisfactorio en el movimiento de los cuerpos celestiales antes nombrados. Por otro lado, la
rotación de la Tierra medida por este nuevo reloj resultó ser desigual - desacelerando
durante unas docenas de años, ganando velocidad en las próximas docenas, y reduciendo
después esa velocidad una vez más. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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En 1897 el día era 0,0035 segundos más largo que en años anteriores y en 1918 esta
cantidad ya era menor que entre 1897 y 1918. El día es ahora aproximadamente 0,002
segundos más largo que hace cien años.
En este sentido podemos decir que nuestro planeta gira irregularmente con respecto a otros
de sus movimientos y también con respecto a los movimientos en nuestro sistema solar
convencionalmente aceptados como movimientos regulares. El valor de las desviaciones de
la Tierra si tenemos en cuenta un movimiento estrictamente regular (en el sentido antes
indicado) es sumamente despreciable: durante los cientos años entre 1680 y 1780 la Tierra
giró más lentamente, los días eran más largos y nuestro planeta acumuló una diferencia de
unos 30 segundos entre su tiempo de ese momento y al tiempo del pasado; entonces, a
mediados del siglo XIX, los días se acortaron, y esa diferencia se redujo en
aproximadamente 10 segundos; hacia comienzos del siglo XX otros 20 segundos se
perdieron. Sin embargo, en el primer cuarto del siglo XX el movimiento de la Tierra redujo
de nuevo la velocidad, los días se alargaron y la diferencia aumentó de nuevo en casi medio
minuto (Fig. 29).
Figura 29. La línea nos muestra lo lejos que la Tierra se desvió del
movimiento uniforme entre 1680 y 1920. Si la Tierra realizase este
movimiento uniformemente, este quedaría reflejado en el gráfico
como una línea horizontal. Sin embargo, el gráfico nos muestra un día
más largo cuando la velocidad de rotación de la Tierra se redujo, y un
día más corto cuando la velocidad de rotación empezó a
incrementarse.
Se han aducido varias razones para esos cambios, por ejemplo, las mareas lunares, los
cambios en el diámetro de la Tierra 6 y así sucesivamente.
Es bastante posible que el estudio completo de este fenómeno nos ofrezca importantes
descubrimientos.
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¿Dónde comienzan los meses y los años?
La medianoche ha llegado a Moscú, introduciendo el Nuevo Año. Hacia el oeste de Moscú
todavía es 31 de diciembre, mientras que hacia el este ya es 1 de enero. Sin embargo, en
nuestra Tierra esférica, el Este y el Oeste deben encontrarse inevitablemente. Esto significa
que debe haber en alguna parte una línea que divida los días 1 de los días 31, Enero de
Diciembre y el Año Nuevo del Año viejo.
6 Sería suficiente si el diámetro de la Tierra se volviese unos metros más largo o más corto, para causar los cambios
mencionados anteriormente en la duración del día. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
38
Esta línea se conoce como Línea de Fecha Internacional. Atraviesa el Estrecho de Bering, a
través del Océano Pacífico, aproximadamente a lo largo del meridiano 180º. Se ha definido
exactamente por acuerdos internacionales.
A lo largo de esta línea imaginaria, cortando el Pacífico, los días, los meses y los años
cambian por primera vez en el globo.
Aquí yace lo que puede llamarse el umbral de nuestro calendario; es desde este punto desde
donde comienzan todos los días del mes. Es la cuna del Nuevo Año. Cada día del mes
aparece aquí antes que en cualquier otra parte; desde aquí se extiende hacia el oeste,
circunnavega el globo y de nuevo regresa a su lugar de nacimiento para desaparecer.
La Unión Soviética lidera el mundo como anfitrión de cada nuevo día del mes. En el cabo
Dezhnev el día recién nacido en las aguas del Estrecho de Bering es bienvenido al mundo y
empieza su marcha por todo el globo. Y es también aquí, en la punta oriental de la Asia
soviética, donde el día acaba, tras sus 24 horas de existencia.
Así, los días cambian en la Línea de Fecha Internacional. Los primeros marineros que
circunnavegaron el mundo (antes de que se estableciera esta línea) calcularon mal los días.
Veamos una historia real contada por Antonio Pigafetta, quien acompañó a Magallanes en su
viaje alrededor del mundo.
"El 19 de julio, miércoles, vimos las Islas de Cabo Verde y dejamos caer el ancla... Ansiosos
por saber si nuestros diarios de a bordo eran correctos, preguntamos que día de la semana
era. Nos dijeron que era jueves. Esto nos sorprendió, porque nuestro libro indicaba que
estábamos en Miércoles. Parecía improbable que todos nosotros hubiéramos cometido el
mismo error de un día....
"Aprendimos después que nosotros no habíamos cometido ningún error en absoluto en
nuestros cálculos. Navegando continuamente hacia el oeste, habíamos seguido al Sol en su
camino y al volver a nuestro punto de salida se deben haber ganado 24 horas. Uno sólo
necesita pensar un poco sobre esto para estar de acuerdo."
¿Qué hace el marinero ahora cuándo cruza la línea de fecha? Para evitar el error, "pierde" un
día al navegar del este al oeste, y "suma" un día, al volver. Por consiguiente la historia
contada por Julio Verne en su obra La Vuelta al Mundo en Ochenta Días sobre el viajero que
habiendo navegado alrededor del mundo "regresó" un domingo cuando todavía era sábado,
no podría pasar. Esto sólo podía ocurrir en tiempos de Magallanes, cuando no había ningún
acuerdo sobre la línea de determinación de la fecha. Igualmente inconcebible en nuestro
tiempo es la aventura descrita por Edgar Allan Poe en sus Tres domingos en una Semana,
sobre el marinero que después de ir alrededor del mundo del este al oeste se encontró, al
regresar a casa, a otro que había hecho el viaje en la dirección inversa. Uno mantenía la
postura de que el día antes había sido domingo, el otro estaba convencido de que el día
siguiente sería domingo, mientras que un amigo que había permanecido en tierra insistía en
que ese día era domingo.
Por lo tanto para no reñir con el calendario en un viaje alrededor del mundo uno debe,
cuando viaje hacia el este, tómese su tiempo para calcular los días, permitiendo al Sol
ponerse al día, o en otras palabras, cuente dos veces el mis mo día; por otro lado, cuando
viaje al oeste, debe, al contrario, perder un día, para no retrasarse detrás del Sol.
Aunque esto es común, incluso en nuestros días, cuatro siglos después del viaje de
Magallanes, no todo el mundo es consciente de ello.
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¿Cuántos viernes hay en Febrero?
La pregunta
¿Cuál es el mayor y el menor número de viernes que se pueden dar en el mes de Febrero?
La respuesta Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 1 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
39
La respuesta común es que el mayor número de viernes en el mes de Febrero es de cinco y
el menor, cuatro. Sin duda alguna, es cierto que si en un año bisiesto el 1 de Febrero cae en
viernes, el 29 también será viernes, sumando por lo tanto cinco viernes en total.
Sin embargo, es posible calcular el doble de viernes de un mes de Febre ro. Imagine una
nave recorriendo el camino existente entre Siberia y Alaska y dejando la orilla Asiática
regularmente todos los viernes. ¿Cuántos viernes contará su capitán en el mes de Febrero
de un año bisiesto en el que además el día 1 es viernes? Desde que cruza la línea de fecha
internacional de oeste a este y lo hace durante un viernes, contará dos viernes todas las
semanas, sumando así 10 viernes en todo el mes. Al contrario, el capitán de una nave que
deja Alaska todos los jueves y se dirige hacia Siberia perderá los viernes en sus cálculos,
con el resultado de que no tendrá un solo viernes en todo el mes.
Así que la respuesta correcta es que el mayor número de posibles viernes en el mes de
Febrero es de 10, y el menor es de ninguno.
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Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
1
Capítulo Segundo
LA LUNA Y SUS MOVIMIENTOS
Contenido
¿Cuarto creciente o cuarto menguante?
La Luna en las banderas
Los enigmas de las fases de la Luna
Planeta doble
Por qué la Luna no cae sobre el Sol
El lado visible y el lado invisible de la Luna
La segunda Luna y la Luna de la Luna
Por qué la Luna no tiene atmósfera
Las dimensiones del mundo lunar
Paisajes lunares
El cielo de la Luna
Para qué observan los astrónomos los eclipses
Por qué los eclipses se repiten cada 18 años
¿Es posible?
Lo que no todos saben acerca de los eclipses
¿Cuál es el clima de la Luna?
* * *
¿Cuarto creciente o cuarto menguante?
Pocos son los que viendo en el cielo el disco incompleto de la Luna pueden decir sin
equivocarse si la Luna está en creciente o en menguante.
La fina hoz de la Luna nacida de unos días y la hoz de la "Luna vieja" se distinguen
solamente porque tienen la convexidad dirigida en sentido contrario. En el hemisferio Norte
la Luna creciente está siempre con la convexidad dirigida hacia la derecha y la menguante
hacia la izquierda. ¿Cómo recordar fácilmente y sin error hacia dónde mira cada Luna?
En ruso, en francés y en otras lenguas existen diferentes artificios mnemotécnicos que se
basan en el parecido de la hoz o de la media luna con letras -P y C, p y d- iniciales de
palabras que claramente indican si la Luna está en cuarto creciente o en cuarto menguante
(figura 30).
Para los que en el hemisferio Norte hablan español, las hoces de la Luna pueden representar
una C o una D, iniciales de creciente y de decreciente. Ahora bien, nosotros hemos de tomar
estas letras con significado contrario, es decir, que cuando la Luna tiene la forma de C,
inicial de creciente; está en menguante; y cuando tiene la forma de una D, inicial de
decreciente, está en creciente. (También podemos servirnos al efecto del conocido dicho:
"Luna creciente, cuernos a Oriente".) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
2
Figura 30. Procedimiento sencillo para distinguir el cuarto
creciente del cuarto menguante en el hemisferio Norte
En el hemisferio Sur, en cambio, la correspondencia entre las iniciales C y D y el cuarto de la
Luna es perfecta, pues el observador de ese hemisferio ve siempre a nuestro satélite en
posición invertida con respecto al observador del hemisferio Norte.
Por otra parte, todos estos signos mnemotécnicos vienen a resultar inaplicables en las
latitudes muy bajas. Ya en Crimea y en Transcaucasia la hoz y la media luna se inclinan
fuertemente hacia un lado, y más al Sur aún, están completamente acostadas. Cerca del
Ecuador, la hoz de la Luna, colgada sobre el horizonte, parece una góndola columpiándose
sobre las olas (la "barca de la Luna" de los cuentos árabes) o un arco brillante. Aquí no
sirven signos de ninguna clase; con el arco acostado se puede formar indiferentemente una
y otra letra: C y D, p y d. No en vano en la antigua Roma llamaban "engañosa" (Luna fallax)
a la Luna inclinada.
Para no equivocarse tampoco en este caso en la fase de la Luna, es necesario valerse de
signos astronómicos: la Luna creciente es visible de noche en la parte occidental del cielo; la
Luna menguante se ve de mañana en la parte oriental del cielo.
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La Luna en las banderas
Problema
En la figura 31 vemos la antigua bandera de Turquía. En ella están representadas la hoz de
la Luna y una estrella. Esto nos sugiere los siguientes problemas:
1. ¿La hoz de qué Luna está representada en la bandera de la creciente o de la menguante?
2. ¿Pueden observarse la hoz de la Luna y la estrella en el cielo según aparecen
representadas en la bandera?
Solución
1. Recordando los signos mnemotécnicos antes indicados y teniendo en cuenta que la
bandera pertenece a un país del hemisferio Norte, podemos decir que la Luna de la bandera
es menguante. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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Figura 31. La antigua bandera de Turquía
2. La estrella no puede ser vista dentro del círculo que resulta prolongando la hoz de la Luna
hasta cerrar la circunferencia (figura 32a).
Figura 32. El por qué la estrella no puede
ser vista en los cuernos de la luna
Todos los astros del cielo están mucho más lejos que la Luna y, por consiguiente, o quedan
ocultos por ella, o sólo pueden ser vistos fuera de los límites de la parte no iluminada de la
Luna, como se indica en la figura 32b.
Es de señalar que en la bandera actual de Turquía, que contiene también la representación
de la hoz de la Luna y una estrella, la estrella esta separada de la hoz como se muestra en
la figura 32b.
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Los enigmas de las fases de la Luna
La Luna recibe su luz del Sol, y por esta razón el lado convexo de la hoz de la Luna debe
estar dirigido hacia el Sol. Los artistas se olvidan muy a menudo de esto. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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En las exposiciones de cuadros no es raro ver paisajes con la media luna dirigiendo hacia el
Sol su lado recto; también se encuentra a veces la hoz de la Luna con sus cuernos dirigidos
hacia el Sol (figura 33).
Figura 33. ¿Cuál es el error astronómico cometido
por el pintor en este paisaje? (Respuesta en el
texto)
Es necesario observar, por otra parte, que dibujar correctamente la Luna creciente no es tan
sencillo como parece.
Figura 34. Cómo se debe a) y cómo no se debe b)
representar la hoz de la Luna
Incluso artistas experimentados dibujan los arcos exterior e interior de la hoz de la Luna en
forma de semicírculo (figura 34 b) Sin embargo, solamente el arco exterior tiene forma Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
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semicircular; el arco interior es una semielipse, porque es un semicírculo (límite de la parte
iluminada) visto en perspectiva (figura 34 a).
No es fácil tampoco dar a la hoz de la Luna una posición correcta en el cielo. Es frecuente
situar la media luna y la hoz de la Luna en forma bastante discordante con relación al Sol.
Parece que, como la Luna es iluminada por el Sol, la línea recta une los extremos de la Luna
debería formar un ángulo recto con el rayo que va del Sol a su punto medio (figura 35 ).
En otras palabras, el centro del Sol debe encontrarse en la perpendicular trazada por el
punto medio de la recta que une los extremos de la Luna. Sin embargo, esto es correcto sólo
para una hoz estrecha.
Figura 35. Posición de la hoz de la Luna con respecto al Sol
En la figura 36 se muestran las posiciones de la Luna en distintas fases con relación a los
rayos del Sol. Da la impresión de que los rayos del Sol se curvan antes de alcanzar a la
Luna.
Figura 36. Posiciones con respecto al Sol en que vemos la Luna
en sus distintas fases
La clave del enigma se reduce a lo siguiente: el rayo que va del Sol a la Luna es en realidad
perpendicular a la línea que une los extremos de la Luna y constituye en el espacio una línea
recta. Pero nuestro ojo dibuja en el cielo, no esta recta, sino su proyección en la bóveda
celeste cóncava, es decir, una línea curva. He ahí por qué nos parece que la Luna está
"incorrectamente colgada" en el cielo. El artista debe aprender estas particularidades y saber
trasladarlas a la tela.
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Planeta doble
La Tierra y la Luna forman un planeta doble. Tienen derecho a esta denominación porque
nuestro satélite se distingue de los satélites de los demás planetas por su magnitud y por su
masa, notables con relación a su planeta central.
En el sistema solar existen satélites más grandes y más pesados en valor absoluto, pero, en
comparación con su planeta central, lo son mucho menos que nuestra Luna con relación a la
Tierra.
En efecto, el diámetro de nuestra Luna es mayor que un cuarto del terrestre, mientras que
el diámetro del más grande de los satélites de otros planetas es sólo la décima parte del
diámetro de su planeta. (Tritón, satélite de Neptuno.) Además, la masa de la Luna Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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constituye 1/81 de la masa de la Tierra, en tanto que el más pesado de los satélites que se
encuentran en el sistema solar, el satélite III de Júpiter, tiene menos de una diezmilésima
parte de la masa de su planeta central.
La tabla siguiente muestra la proporción de la masa de los grandes satélites con respecto a
su planeta central.
Planeta Satélite Masa
(en proporción a la
masa del planeta)
Tierra
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
Luna
Ganímedes
Titán
Titania
Tritón
0.01230
0.00008
0.00021
0.00003
0.00129
De la comparación resulta que nuestra Luna, por su masa, tiene la proporción más elevada
con respecto a su planeta central.
Lo que en tercer lugar da al sistema Tierra-Luna derecho a pretender la denominación de
planeta doble, es la gran proximidad de ambos cuerpos celestes. Muchos satélites de otros
planetas giran a distancias mucho mayores: algunos satélites de Júpiter (por ejemplo, el
noveno, figura 37) giran 65 veces más lejos.
Figura 37. El sistema Tierra-Luna comparado con el sistema de
Júpiter. (Las dimensiones de los cuerpos celestes están indicadas sin
guardar escala)
A esto se debe el hecho interesante de que la trayectoria descrita por la Luna alrededor del
Sol sea muy poco distinta de la que sigue la Tierra. Esto puede parecer inverosímil, si se
recuerda que la Luna se mueve alrededor de la Tierra a una distancia de casi 400 000 km.
No olvidemos, sin embargo, que mientras la Luna da una vuelta alrededor de la Tierra, la
Tierra misma ha tenido tiempo de trasladarse con ella aproximadamente 1/13 de su trayecto
anual, es decir, 70.000.000 de kilómetros.
Figura 38. El recorrido mensual de la Luna (línea continua) y de la
Tierra (punteada) alrededor del Sol
Imagínese la trayectoria circular de la Luna, 2.500.000 kilómetros, extendida a lo largo de
una distancia 30 veces mayor. ¿Qué queda de su forma singular? Nada. He aquí por qué el
camino de la Luna alrededor del Sol casi se confunde con la órbita de la Tierra, de la que Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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sólo diverge por 13 convexidades apenas observables. Se puede demostrar con un cálculo
sencillo (que no hacemos aquí para no recargar la exposición) que esta trayectoria de la
Luna tiene dirigida hacia el Sol su, concavidad. Se podría decir que, a grandes rasgos, se
parece a un polígono de trece lados con ángulos ligeramente redondeados.
En la figura 38 se ve una representación precisa de las trayectorias de la Tierra y de la Luna
a lo largo de un mes. La línea punteada es la trayectoria de la Tierra, y la línea continua, la
de la Luna. Están tan cerca una de otra, que para representarlas separadas fue necesario
hacer un dibujo a una escala muy grande: el diámetro de la órbita de la Tierra es en él igual
a 1/2 m. Si se tomara un diámetro de 10 cm, la mayor separación en el dibujo entre ambas
trayectorias sería entonces menor que cl espesor de la línea que las representa. Observando
este dibujo, uno se convence de que la Tierra y la Luna se mueven alrededor del Sol casi en
la misma trayectoria y de que la denominación de "planeta doble" que les otorgaron los
astrónomos es totalmente legitima.1
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Por qué la luna no cae sobre el sol
La pregunta puede parecer ingenua. ¿En virtud de qué habría de caer la Luna sobre el Sol?
Pues si la Tierra la atrae más fuertemente que el lejano Sol, la obliga, naturalmente, a girar
alrededor de ella.
Los lectores que piensan así se sorprenderán al saber que ocurre precisamente lo contrario:
la Luna es atraída con más fuerza por el Sol que por la Tierra.
Que esto es así lo demuestra el cálculo. Comparemos las fuerzas de atracción que sobre la
Luna ejercen el Sol y la Tierra. Ambas fuerzas dependen de dos factores: de la magnitud de
la masa que atrae y de la distancia de esta masa a la Luna. La masa del Sol es 330 000
veces mayor que la masa de la Tierra, y con tantas veces más fuerza que la Tierra atraería a
la Luna si la distancia de la Luna fuera para ambos la misma. Pero el Sol se encuentra
aproximadamente 400 veces más lejos de la Luna que la Tierra. La fuerza de atracción
disminuye proporcionalmente al cuadrado de la distancia; por esto, la atracción del Sol debe
disminuir en 4002, es decir, en 160 000 veces. Lo cual significa que la atracción del Sol es
mayor que la terrestre en
000 . 160
000 . 330
es decir, en poco más de dos veces.
La Luna, pues, es atraída por el Sol con una fuerza dos veces mayor que por la Tierra. ¿Por
qué entonces la Luna no se precipita sobre el Sol? ¿Por qué la Tierra obliga a la Luna a girar
alrededor de ella y no predomina la acción del Sol?
La Luna no cae en el Sol por la misma razón por la cual no cae en él la Tierra. La Luna gira
alrededor del Sol junto con la Tierra, y la acción gravitacional del Sol se consume toda en
llevar constantemente a ambos cuerpos de una trayectoria recta a una órbita circular, es
decir, en transformar el movimiento lineal recto en lineal curvo. Basta echar una mirada a la
figura 38 para convencerse de lo dicho.
Quizás a algunos lectores les quede alguna duda, ¿Como sucede esto? La Tierra atrae a la
Luna y el Sol atrae a la Luna con fuerza mayor, pero la Luna, en vez de caer en el Sol, gira
alrededor de la Tierra. Esto sería efectivamente extraño si el Sol atrajera solamente a la
1 Mirando atentamente el dibujo, se puede observar que el movimiento de la Luna representado en él no es
exactamente uniforme. Así es en la realidad. La Luna se mueve alrededor de la Tierra por una elipse en uno de cuyos
focos se encuentra la Tierra, y por esta razón, de acuerdo con la segunda ley de Kepler, en las partes próximas a la
Tierra se mueve más rápidamente que en las partes alejadas. La excentricidad de la órbita de la Luna es bastante
elevada: 0.055.
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Antonio Bravo
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Luna; pero él atrae a la Luna junto con la Tierra, a todo el "planeta doble", y podemos decir
que no se entromete en las relaciones internas de los miembros de esta pareja.
Hablando con rigor, el Sol atrae al centro común de gravedad del sistema Tierra-Luna; este
centro (llamado "baricentro") gira también alrededor del Sol bajo la influencia de la atracción
solar. Se encuentra a una distancia de 2/3 de radio terrestre del centro de la Tierra, en
dirección a la Luna. La Luna y el centro de la Tierra giran alrededor del baricentro
completando una vuelta en el correr de un mes.
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El lado visible y el lado invisible de la luna
Entre los efectos proporcionados por el estereoscopio, ninguno es tan llamativo como el
aspecto de la Luna. Con el estereoscopio uno ve con sus propios ojos que la Luna es
realmente esférica, mientras que mirándola directamente parece plana como un plato.
Pero muchos ni siquiera sospechan cuán difícil es obtener una fotografía estereoscópica de
nuestro satélite. Para lograrla es necesario conocer muy bien las particularidades de los
caprichosos movimientos del astro nocturno.
El problema consiste en que la Luna da vueltas alrededor de la Tierra de tal modo que la
parte dirigida hacia nuestro planeta es siempre la misma. Mientras gira alrededor de la
Tierra, la Luna gira al mismo tiempo alrededor de su eje, y ambos movimientos se
completan en el mismo espacio de tiempo.
Figura 39. Como se mueve la Luna en su órbita alrededor de
la Tierra (Detalles en el texto)
En la figura 39 se ve una elipse que representa la órbita de la Luna. El dibujo exagera
intencionadamente el estiramiento de la elipse lunar; en realidad, la excentricidad de la
órbita de la Luna es de 0.055 ó 1/18. Representar exactamente en un pequeño dibujo la
órbita de la Luna de manera que a simple vista se distinga de un círculo, es imposible:
dando al semieje mayor una magnitud incluso de 1 m, el semieje menor sería más corto que
él solamente en 1.5 mm; la Tierra distaría del centro solamente 5.5 cm. Para que resulte
más fácil entender la explicación que sigue, en el dibujo se ha representado una elipse más
estirada.
Imagínese, pues, que la elipse de la figura 39 es la trayectoria de la Luna alrededor de la
Tierra. La Tierra está situada en el punto O, en uno de los focos de la elipse. Las leyes de Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Antonio Bravo
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Kepler no se refieren solamente al movimiento de los planetas alrededor del Sol, sino
también al movimiento de los satélites alrededor de los planetas centrales, en particular al
de revolución de la Luna. De acuerdo con la segunda ley de Kepler, la Luna, en un cuarto de
mes, recorre un camino AE tal que la superficie OABCDE es igual a un cuarto de la superficie
de la elipse, es decir, a la superficie MABCD (la igualdad de las superficies OAE y MAD de
nuestro dibujo se confirma por la igualdad aproximada de las superficies MOQ y EQD). Así,
en un cuarto de mes la Luna recorre el camino que va de A a E. La rotación de la Luna
(como en general la rotación de los planetas, a diferencia de su revolución alrededor del Sol)
se produce de manera uniforme: en un cuarto de mes gira exactamente 90°. Por esto,
cuando la Luna se encuentra en E, el radio de la Luna dirigido hacia la Tierra en el punto A
habrá descrito un arco de 90° y estará dirigido no hacia el punto M, sino hacia algún otro
punto a la izquierda de M, no lejos del otro foco P de la órbita de la Luna. Si bien por la
izquierda la Luna oculta entonces un poco su cara al observador terrestre, éste puede ver
por el lado derecho una estrecha franja antes no visible de su otra mitad. En el punto F, la
Luna muestra ya al observador terrestre una franja más estrecha de su lado habitualmente
invisible, porque el ángulo OFP es menor que el ángulo OEP. En el punto G, en el "apogeo"
de la órbita, la Luna ocupa la misma posición con relación a la Tierra que en el "perigeo" A.
En sus movimientos posteriores, la Luna se vuelve respecto a la Tierra en sentido contrario,
y muestra a nuestro planeta otra estrecha franja de su lado invisible; esta franja al principio
se ensancha, luego se reduce, y, en el punto A, la Luna vuelve a ocupar la posición anterior.
Vemos así que, a consecuencia de la forma elíptica de su órbita, nuestro satélite no tiene
siempre dirigida hacia la Tierra exactamente la misma mitad. La Luna tiene invariablemente
dirigida la misma cara, no hacia la Tierra, sino hacia el otro foco de su órbita. Para nosotros
la Luna oscila alrededor de su posición media en forma semejante a una balanza, y de ahí la
denominación astronómica de "libración", de la palabra latina "libra", que significa balanza,
para este balanceo. La magnitud de la libración en cada punto se mide por el ángulo
correspondiente; por ejemplo, en el punto E, la libración es igual al ángulo OEM El valor
máximo de la libración es de 7º 53', es decir, casi 8°.
Es interesante observar cómo crece y disminuye el ángulo de libración con el desplazamiento
de la Luna por su órbita. Pongamos en D la punta de un compás y tracemos un arco que
pase por los focos O y P. Este arco corta la órbita en los puntos B y F. Los ángulos OBP y
OFP, por ser inscritos, son iguales a la mitad del ángulo central ODP. De donde deducimos
que, durante el movimiento de la Luna de A a D, la libración crece al principio rápidamente,
en el punto B alcanza la mitad del máximo y, después, continúa creciendo lentamente; en el
camino de D a F la libración disminuye, al principio lentamente, luego rápidamente. En la
segunda mitad de la elipse, la libración cambia de magnitud con el mismo ritmo, pero en
sentido inverso. (El valor de la libración en cada punto de la órbita es aproximadamente
proporcional a la distancia de la Luna al eje mayor de la elipse.)
El balanceo de la Luna que acabamos de examinar se llama libración en longitud. Nuestro
satélite está sujeto también a otra libración en latitud. El plano de la órbita de la Luna está
inclinado sobre el plano del Ecuador de la Luna 61/2°. Por esto vemos la Luna en unos casos
un poco desde el Sur y en otros desde el Norte, y podemos observar un poco la mitad
"invisible" de la Luna más allá de sus polos. Esta libración en latitud alcanza 61/2°.
Expliquemos ahora cómo aprovecha el astrónomo el suave balanceo de la Luna alrededor de
su posición media para obtener fotografías estereoscópicas.
El lector se da cuenta seguramente de que para esto es necesario elegir dos posiciones de la
Luna tales que en una de ellas presente un giro con relación a la otra suficientemente
grande. l
En los puntos A y B, B y C, C y D, etc., la Luna ocupa posiciones tan distintas con relación a
la Tierra que son posibles las fotografías estereoscópicas. Pero aquí tenemos una nueva
complicación: en estas posiciones la diferencia de edad de la Luna (de 11/2 a 2 días) es
demasiado grande, tanto que la franja de la superficie de la Luna próxima al círculo
iluminado sale ya de la sombra. Esto es inadmisible para las fotografías estereoscópicas (esa Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
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franja brillaría como si fuera de plata). Surge un difícil problema: encontrar dos fases iguales
de la Luna con una diferencia de libración (en longitud) tan pequeña, que el borde del círculo
iluminado pase por los mismos puntos de la superficie lunar. Pero tampoco esto es
suficiente; en ambas posiciones debe ser además igual la libración en latitud2.
Ya ve usted lo difícil que es obtener buenas estereofotografías de la Luna, y no se sorprenda
al saber que a menudo una fotografía de un par estereoscópico se hace unos años después
de la otra.
Nuestros lectores quizá no piensen hacer estereofotografías de la Luna. El procedimiento
para obtenerlas está explicado aquí, naturalmente, no con una finalidad práctica, sino sólo
para mostrar a propósito de él las particularidades del movimiento de la Luna que dan a los
astrónomos la posibilidad de ver una franja no muy grande del lado de nuestro satélite
normalmente invisible. Gracias a ambas libraciones de la Luna, vemos en total, no la mitad
de su superficie, sino el 59% de ella. Completamente inaccesible a nuestra vista queda el
41%. Cómo está constituida esta parte de la superficie de la Luna, nadie lo sabe; a lo sumo
puede suponerse que no es esencialmente distinta de la parte visible 3.
Se han hecho ingeniosos ensayos, prolongando hacia atrás las cordilleras y las franjas
iluminadas de la Luna que salen de la parte invisible a la parte visible, para bosquejar, con
carácter de conjeturas, algunos detalles de la mitad que nos es inaccesible. Probar
semejantes conjeturas, por ahora, es imposible. Decimos por ahora, y no sin fundamento,
pues hace tiempo ya que se estudian procedimientos para volar alrededor de la Luna en
algún aparato que sea capaz de superar la atracción de la Tierra y desplazarse en el espacio
interplanetario (ver mi libro Viajes interplanetarios). De la realización de esta audaz empresa
ya no estamos muy lejos. Por el momento se sabe una cosa: la existencia tantas veces
planteada de atmósfera y agua en el lado invisible de la Luna carece totalmente de
fundamento y contradice las leyes de la física; si no hay atmósfera y agua en un lado de la
Luna, no puede haberlas tampoco en el otro lado. Sobre este problema aún volvere mos.
Volver
La segunda Luna y la Luna de la Luna
En la prensa aparecen de vez en cuando informaciones de que un observador u otro
consiguió ver un segundo satélite de la Tierra, su segunda Luna. Aunque semejantes noticias
nunca han tenido confirmación, es interesante, sin embargo, detenerse en este tema.
El problema de la existencia de un segundo satélite de la Tierra no es nuevo. Tiene tras sí
una larga historia. Quien haya leído la novela de Julio Verne Alrededor de la Luna, recordará
seguramente que en ella ya se menciona la segunda Luna. Es una Luna tan pequeña y su
velocidad es tan grande, que los habitantes de la Tierra no pueden observarla. El astrónomo
francés Petit, dice Julio Verne, sospechó su existencia y fijó su período de revolución
alrededor de la Tierra en 3 horas 20 minutos. Su distancia a la superficie de la Tierra es
igual a 8.140 km. Es interesante señalar que la revista inglesa Science, en un artículo sobre
la astronomía de Julio Verne, considera esta referencia a la segunda Luna y al mismo Petit
como una invención. En realidad, en ninguna enciclopedia se menciona a este astrónomo. Y,
sin embargo, la información del novelista no es inventada. El director del observatorio de
Tolosa, Petit, alrededor del año 50 del siglo pasado, sostuvo en efecto la existencia de una
segunda Luna, meteorito con un período de revolución de 3 horas 30 minutos, que se movía
no a 8.000, sino a 5.000 km de la superficie de la Tierra. Esta opinión, compartida entonces
sólo por unos pocos astrónomos, fue después totalmente olvidada.
Teóricamente, en la admisión de la existencia de un segundo satélite de la Tierra muy
pequeño no hay nada anticientífico. Pero un cuerpo celeste semejante debería observarse, y
2 Para obtener fotografías estereoscópicas basta que la Luna presente un giro de 1°. (Más detalles de esto se pueden
ver en mi Física recreativa.)
3 Conviene recordar que este libro fue escrito mucho antes de que fueran lanzados los cohetes lunares soviéticos, uno
de los cuales fotografió la cara desconocida de la Luna. (N. R.) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
11
no sólo en los raros momentos en que pasara (de manera aparente) por el disco de la Luna
o del Sol.
Incluso si girará tan cerca de la Tierra que debiera en cada vuelta sumergirse en la ancha
sombra de nuestro planeta, también en este caso sería posible verlo en el cielo matutino y
vespertino como una estrella brillante, por efecto de los rayas del Sol. El rápido movimiento
y la frecuente aparición de esta estrella llamarían la atención de muchos observadores. En
los momentos de eclipse total de Sol, la segunda Luna tampoco escaparía a la observación
de los astrónomos.
Resumiendo: si la Tierra en realidad poseyera un segundo satélite, se le podría observar
bastante a menudo. Sin embargo, observación fidedigna no ha habido ninguna.
Junto con el problema de la segunda Luna, se plantea también el problema de si nuestra
Luna no tiene a su vez su pequeño satélite, la "Luna de la Luna".
Pero asegurarse directamente de la existencia de semejante satélite de la Luna es muy
difícil. El astrónomo Malton dice sobre esto lo siguiente:
"Cuando la Luna brilla al máximo, su luz o la luz del Sol no permiten distinguir un cuerpo
muy pequeño en su vecindad. Sólo en los eclipses de Luna el satélite de ésta podría ser
iluminado por el Sol, ya que entonces las partes cercanas del cielo estarían libres de la
influencia de la luz difusa de la Luna. Así, pues, sólo durante los eclipses lunares sería
posible esperar descubrir un cuerpo pequeño que girara alrededor de la Luna. Tales
investigaciones ya se han efectuado, pero no han dado resultados positivos."
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Por que la luna no tiene atmósfera
Este problema es de esos que se aclaran mejor si primeramente se les invierte. Antes de
hablar de por qué la Luna no tiene a su alrededor una atmósfera, planteémonos esta
pregunta: ¿por qué se mantiene la atmósfera alrededor de nuestro propio planeta?
Recordemos que el aire, como todo gas, está constituido por un caos de moléculas libres que
se mueven impetuosamente en distintas direcciones. Su velocidad media, a 0°, es de cerca
de 1/2 km por segundo (la velocidad inicial de una bala de fusil). ¿Por qué no se dispersan
esas moléculas en el espacio? Por la misma razón por la cual tampoco se escapa al espacio
una bala de fusil. Habiendo agotado la energía de su movimiento en vencer la fuerza de la
gravedad, las moléculas caen de nuevo hacia la Tierra. Imagínese el lector una molécula que
cerca de la superficie terrestre vuele verticalmente hacia arriba con una velocidad de 1/2 km
por segundo. ¿Hasta qué altura puede llegar? Es fácil calcularlo; la velocidad v, la altura h
del ascenso v la aceleración g de la fuerza de la gravedad, están relacionadas por la fórmula
siguiente:
v2 = 2gh
Sustituyamos v por su valor 500 m/s, y g por -10 m/s2; tenemos
250 000 = 20 h,
de donde
h = 12.500 m = 121/2 km.
Pero si las moléculas de aire no pueden volar más alto de 121/2 km, ¿cómo puede haber
moléculas de aire a una altura mayor?
El oxigeno que entra en la composición de nuestra atmósfera se forma cerca de la superficie
terrestre (del gas carbónico, gracias a la actividad de las plantas). ¿Qué fuerza lo eleva y Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
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12
mantiene a una altura de 500 y más kilómetros, donde ha sido comprobada en forma
indudable la presencia de trazas de aire?
La física nos da aquí la misma respuesta que nos daría la estadística si le preguntáramos :
"La duración media de la vida humana es de 40 años, ¿cómo, pues, hay personas de 80
años?" Todo se reduce a que el cálculo efectuado por nosotros se refiere a una molécula
promedio y no a una molécula real. La molécula promedio posee una velocidad de 1/2 km por
segundo, pero las moléculas reales se mueven unas más lentamente y otras más
rápidamente que la molécula promedio. Es cierto que el porcentaje de moléculas cuya
velocidad se aparta visiblemente de la promedio no es muy grande y que disminuye
rápidamente con el crecimiento de la magnitud de esta desviación. De las moléculas
contenidas en un volumen dado de oxígeno a 0°, sólo el 20% posee una velocidad de 400 a
500 m/s. Aproximadamente, otras tantas moléculas se mueven con la velocidad de 300 a
400 m/s, un 17% con una velocidad de 200 a 300 m/s, un 9% con la velocidad de 600 a
700 m/s, un 8% con la velocidad de 700 a 800 m/s y un 1 % con la velocidad de 1 300 a 1
400 m/s.
Una pequeña parte (menos de una millonésima) de las moléculas tiene una velocidad de
3.500 m/s, y esta velocidad es suficiente para que las moléculas puedan alcanzar una altura
de 600 km.
En efecto,
3 5002 = 20 h
de donde
500 . 612
20
000 . 250 . 12
= = h
es decir, más de 600 km.
Resulta así comprensible la presencia de trazas de oxígeno a cientos de kilómetros de altura
de la superficie terrestre, pues, como vemos, es consecuencia de las propiedades físicas de
los gases. Las moléculas de oxígeno, de nitrógeno, de vapor de agua, de gas carbónico, no
poseen, sin embargo, velocidades que les permitan escapar definitivamente de la esfera
terrestre. Para eso sería necesaria una velocidad no menor de 11 km por segundo, y
semejantes velocidades, a temperaturas bajas, las poseen solamente algunas moléculas
aisladas de los gases mencionados. He ahí por qué la Tierra mantiene tan firmemente su
envoltura atmosférica. Se ha calculado que para perder la mitad de la provisión del más
liviano de los gases de la atmósfera terrestre, el hidrógeno, debería pasar un número de
años que se expresaría con 25 cifras. En millones de años no se manifiesta ningún cambio
en la composición ni en la masa de la atmósfera terrestre.
Para explicar ahora por qué la Luna no puede mantener a su alrededor una atmósfera
semejante, no hay mucho que decir. La fuerza de atracción de la Luna es seis veces más
débil que la de la Tierra; de modo que la velocidad necesaria para superar en la Luna la
fuerza gravitacional es también menor, e igual tan sólo a 2360 m/s. Y como la velocidad de
las moléculas de oxígeno y de nitrógeno a temperaturas moderadas puede superar esta
velocidad, es claro que la Luna debería perder continuamente su atmósfera, si en ella se
formara. Cuando se volatilizaran las moléculas más rápidas, otras moléculas alcanzarían la
velocidad crítica (como consecuencia de la ley de distribución de las velocidades entre las
partículas de un gas), y así estarían escapando continuamente al espacio nuevas y nuevas
partículas de la envoltura atmosférica. Al cabo de un período de tiempo suficiente,
sumamente pequeño a la escala del universo, toda la atmósfera abandonará la superficie de
un cuerpo celeste que tenga tan poca fuerza de atracción.
Se puede demostrar matemáticamente que si la velocidad media de las moléculas de la
atmósfera de un planeta fuera incluso tres veces menor que la velocidad límite (es decir, si
fuera para la Luna 2360:3 = 790 m/s), la mitad de la atmósfera debería dispersarse al cabo
de unas pocas semanas. (La atmósfera de un cuerpo celeste sólo puede mantenerse Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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firmemente si la velocidad media de sus moléculas es cinco veces menor que la velocidad
límite.)
Se ha apuntado la idea, mejor dicho, la fantasía, de que cuando el hombre visite y conquiste
la Luna, la rodeará de una atmósfera artificial y la hará de esta manera adecuada para
habitarla. Después de lo dicho, el lector verá claramente lo irrealizable de semejante
empresa. La ausencia de atmósfera de nuestro satélite no es casual, no es un capricho de la
naturaleza, sino una consecuencia obligada de las leyes de la física.
Se comprende también que la causa por la cual no es posible la existencia de atmósfera en
la Luna, determina igualmente la ausencia de ésta, en general, en todos los cuerpos celestes
de débil fuerza de atracción en los asteroides y en la mayoría de los satélites de los
planetas4.
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Las dimensiones del mundo lunar
Sobre esto, naturalmente, hablan con total exactitud los datos numéricos; magnitud del
diámetro de la Luna (3.500 kilómetros), superficie, volumen.
Figura 40. Las dimensiones de la Luna comparadas con el continente
europeo. (No debe deducirse, sin embargo, que la superficie del
globo lunar es menor que la superficie de Europa)
Pero los números, insustituibles para los cálculos, no son capaces de darnos la idea concreta
de las dimensiones que nuestra mente exige. Será útil, pues, hacer comparaciones
concretas.
Comparemos el continente lunar (pues la Luna es un continente macizo) con los continentes
del globo terrestre (figura 40).
Esto nos dirá mucho más que la afirmación abstracta de que la superficie total del globo
lunar es 14 veces menor que la superficie de la Tierra. Por el número de kilómetros
cuadrados la superficie de nuestro satélite es apenas algo menor que la superficie de
América. Y la superficie de la parte de la Luna que está dirigida hacia la Tierra y es accesible
a nuestra observación, resulta ser casi exactamente igual a la de América del Sur.
4 En 1948 el astrónomo moscovita, Y. N. Lipski, demostró, al parecer, la presencia en la Luna de trazas de atmósfera.
La masa total de la atmósfera de la Luna no puede exceder de una cienmilésima de la atmósfera terrestre. (N. R.) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Para hacer evidente las dimensiones de los "mares" de la Luna en comparación con los
terrestres, en el mapa de la Luna (figura 41) están representados a la misma escala los
contornos del Negro y del Caspio. Enseguida se echa de ver que los "mares" de la Luna no
son muy grandes, a pesar de que ocupan una parte notable del disco.
El mar de la Serenidad (170.000 km2) por ejemplo, es aproximadamente dos veces y media
menor que el mar Caspio.
En compensación, entre las montañas anulares de la Luna hay verdaderos gigantes, como
no se encuentran en la Tierra. Por ejemplo, el valle circular de la montaña de Grimaldi
engloba una superficie mayor que la del lago Baikal. Dentro de esta montaña cabría
enteramente un estado no muy grande, por ejemplo, Bélgica o Suiza.
Figura 41. Los mares de la Tierra comparados con los de la
Luna. El mar Negro y el mar Caspio transportados a la luna
serían mayores que todos lo mares de la Luna. (Los
números indican: 1, mar de las Nubes; 2, mar de los
Humores; 3, mar de los Vapores; 4, mar de la Serenidad.)
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Paisajes lunares
Las fotografías de la superficie de la Luna se ven reproducidas tan frecuentemente en los
libros, que el aspecto de las particularidades características del relieve lunar, las montañas y
los cráteres o "circos" (figura 42), seguramente es conocido por todos nuestros lectores. Es
posible que algunos hayan observado también las montañas de la Luna con un pequeño
telescopio; para esto es suficiente un telescopio con un objetivo de 3 cm.
Pero ni las fotografías ni la observación con el telescopio dan una idea exacta de cómo
aparecería la superficie lunar a un observador que estuviera en la Luna misma. Estando
inmediatamente al lado de las montañas lunares, el observador las vería en una perspectiva
distinta de la que le da el telescopio. Una cosa es observar un objeto desde gran altura y
otra cosa, completamente distinta, tenerlo al lado. Mostremos con algunos ejemplos cómo
se manifiesta esta diferencia.
El cráter de Eratóstenes se ve desde la Tierra en forma de una muralla anular con un pico
dentro del valle. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Figura 42. Montañas anulares frecuentes en la Luna
En el telescopio el cráter aparece en relieve y escarpado, gracias a que las sombras lo hacen
destacarse bien en la superficie lunar.
Figura 43. Perfil de un gran cráter lunar
Obsérvese, sin embargo, su perfil (figura 43) : se ve que, en comparación con el gigantesco
diámetro del circo (60 km), la altura de la muralla y la del cono interior son muy pequeñas;
la inclinación de las laderas disimula más aún su altura.
Imagínese ahora que está usted paseando dentro de este circo y recuerde que su diámetro
es igual a la distancia existente entre el lago Ladoga y el golfo de Finlandia. Apenas si
notaría la forma anular de la muralla; la misma convexidad del suelo le escondería a usted
su parte inferior, ya que el horizonte lunar es dos veces más reducido que el de la Tierra (en
correspondencia con el diámetro de la Luna, 4 veces menor). Sobre la Tierra, un hombre de
estatura mediana, de pie, en un lugar llano, puede ver en torno suyo no más de 5 km.
Esto surge de la fórmula de la distancia del horizonte5:
Rh V D 2 =
en la que D es la distancia en km, h la altura de los ojos en kilómetros y R el radio del
planeta en km.
Sustituyendo estas letras por sus valores para la Tierra y para la Luna, resulta que, para un
hombre de estatura mediana, la distancia del horizonte es
en la Tierra.............4.8 km
en la Luna...............2.5 km
5 Sobre el cálculo de la distancia del horizonte, ver en mi Geometría recreativa el capítulo "Donde el cielo y la tierra
se juntan". Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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La figura 44 muestra qué panorama se ofrecería a un observador dentro de un circo lunar
grande (se representa el paisaje de un gran circo, el de Arquímedes).
Figura 44. Panorama que vería un observador colocado en el
centro de un gran circo lunar.
¿No es cierto que esa vasta llanura con la cadena de colinas en el horizonte se parece poco a
la imagen que uno se hace de un circo lunar?
Mirándolo desde el otro lado de la muralla, desde fuera del circo, el observador también
vería algo distinto de lo que espera. La ladera exterior de una montaña anular (ver la figura
43) se eleva tan suavemente, que al viajero no le parecería una montaña y no podría
convencerse de que la cadena de colinas que él ve es una montaña anular que encierra una
depresión circular. Para ello sería necesario que atravesara la cresta; pero, como ya hemos
dicho, una vez dentro nada sorprendente se ofrecería a la vista del alpinista lunar.
Además de esos gigantescos circos, en la Luna hay también un gran número de circos
pequeños, los cuales se abarcan fácilmente con una mirada, incluso estando muy cerca de
ellos. Pero su altura es muy pequeña; ante ellos el observador no experimentaría nada
extraordinario. En cambio, las cordilleras montañosas de la Luna, que llevan las
denominaciones de las montañas de la Tierra: Alpes, Cáucaso, Apeninos, etc., rivalizan por
su altura con las terrestres y alcanzan de 7 a 8 km. En relación con la pequeña Luna, su
altura es impresionante.
La ausencia de atmósfera en la Luna y la nitidez de las sombras que de ello se deriva dan
lugar en la observación telescópica a una interesante ilusión : las más pequeñas
desigualdades del suelo se exageran y aparecen con un relieve desmesurado. Pongamos
medio guisante con la convexidad hacia arriba. No es, por cierto, muy alto. Sin embargo,
obsérvese la larga sombra que arroja (figura 45) .
Figura 45. Medio guisante, arroja iluminado lateralmente, una
sombra larga
Con una iluminación lateral, en la Luna la sombra se hace 20 veces mayor que la altura del
cuerpo que la arroja. Esto prestó a los astrónomos un gran servicio: gracias a la longitud de
las sombras, es posible observar en la Luna, con el telescopio, objetos de una altura de 30
m. Pero la misma circunstancia nos hace exagerar las desigualdades del relieve lunar. La Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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montaña Pico, por ejemplo, aparece tan escarpada en el telescopio, que involuntariamente
se la imagina uno en forma de una roca afilada y abrupta (figura 46).
Figura 46. La montaña Pico aparece en el telescopio afilada y
abrupta
Así era representada antes. Pero observándola desde la superficie lunar, se vería en otra
forma completamente distinta, tal cual se representa en la figura 47.
Figura 47. A un observador situado en la superficie de la Luna, la
montaña Pico le parecería de suaves pendientes
En cambio, otras particularidades del relieve de la Luna son, a la inversa, subestimadas. Con
el telescopio observamos en la superficie de la Luna grietas estrechas, apenas visibles, y nos
parece que no pueden jugar un papel importante en el paisaje lunar. Pero transportados a la
superficie de nuestro satélite, veríamos en tales sitios, a nuestros pies, un profundo
precipicio negro que se extendería lejos; más allá del horizonte.
Otro ejemplo: sobre la Luna está la llamada Muralla recta, escalón vertical que corta una de
sus llanuras. Mirando esta muralla en el mapa (figura 48), olvidamos que tiene 300 m de
altura; situados en las cercanías, nos sentiríamos deprimidos por su grandiosidad.
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Figura 48. La llamada "Muralla Recta" de la Luna vista con
el telescopio
En la figura 49 el artista intentó representar esta muralla vertical, vista desde abajo: su
extremo se pierde allá lejos, en el horizonte, pues se extiende más de 100 km.
Figura 49. Como vería la "Muralla Recta" un observador que se
encontrara cerca de su base
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Figura 50. Una "grieta" lunar observada de cerca
Del mismo modo, las estrechas grietas que con los telescopios potentes se distinguen en la
superficie de la Luna, vistas de cerca han de resultar como gigantescas hendiduras (figura
50).
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El cielo de la luna
Un firmamento negro
Si un habitante de la Tierra se encontrara en la Luna, llamarían ante todo su atención tres
circunstancias extraordinarias.
Notaría en primer lugar el extraño color del cielo diurno en la Luna: en lugar de la cúpula
azul habitual, vería extenderse un firmamento completamente negro sembrado de
innumerables estrellas, claramente visibles y sin el más pequeño centelleo, y esto aun
brillando el Sol. La causa de este fenómeno está en la ausencia de atmósfera en la Luna.
"Bóveda celeste de un cielo sereno y diáfano, dice Flammarion con su característico lenguaje
animado, suave rubor de las auroras, majestuoso resplandor de los ocasos, encantadora
belleza de los paisajes solitarios, brumosa perspectiva de los campos y praderas, y vosotras,
aguas especulares de los lagos que reflejáis melancólicas el lejano cielo azulado encerrando
toda su infinitud en vuestras profundidades, sabed que vuestra existencia y toda su belleza
dependen sólo de ese ligero fluido extendido sobre la esfera terrestre. Sin él, ninguna de
estas delicias, ninguna de estas suntuosas bellezas existiría.
"En lugar del cielo azulado nos rodearía un espacio negro insondable; sin los sublimes
crepúsculos, se sucederían bruscamente, sin transiciones, los días y las noches; en vez de
los suaves matices que vemos allí donde no llegan directamente deslumbrantes rayos de
Febo, habría sólo una brillante claridad en los sitios iluminados por el astro refulgente y
reinarían las tinieblas en todos los demás."
Es suficiente un discreto enrarecimiento de la atmósfera para que el color azulado del cielo
se oscurezca visiblemente. El capitán del globo estratosférico soviético "Osoaviajim",
trágicamente desaparecido en 1934, a la altura de 21 km veía sobre sí un cielo casi negro.
El cuadro fantástico sobre la iluminación de la naturaleza descrito en el fragmento que
antecede se realiza de manera plena en la Luna: un cielo negro, ausencia de auroras y
ocasos, brillo deslumbrante de los lugares iluminados y oscuridad intensa y sin medios tonos
en las sombras.
La Tierra en el cielo de la Luna
La segunda cosa notable que se vería en la Luna sería el disco gigante de la Tierra colgando
en el cielo. Al viajero le parecería extraño que el globo terrestre que al partir hacia la Luna
dejó aquí abajo, se encuentre inesperadamente allá arriba.
En el espacio no hay para ninguno de los mundos ni arriba ni abajo, y usted no debería
sorprenderse si, dejando la Tierra abajo, la viera arriba cuando llegara a la Luna.
El disco de la Tierra que pende en el cielo de la Luna es inmenso: su diámetro es
aproximadamente cuatro veces mayor que el diámetro del disco lunar que nosotros vemos
en el cielo de la Tierra. Viste sería el tercer hecho sorprendente que espera al viajero lunar.
Si en las noches de Luna nuestros paisajes están suficientemente bien iluminados, las
noches de la Luna con los rayos de la "Tierra llena" y con su disco 14 veces mayor que el de
la Luna, deben ser extraordinariamente claras. El brillo de un astro depende no sólo de su
diámetro, sino también de la capacidad de reflexión de su superficie. A este respecto la
superficie de la Tierra supera 6 veces a la de la Luna6; por esto la luz de la "Tierra llena"
6 El suelo de la Luna, por consiguiente, no es blanco, como a menudo se piensa, sino más bien oscuro. Esto no
contradice el hecho de que brilla con luz blanca. "La luz solar incluso reflejada por un objeto negro se mantiene
blanca. Si la Luna estuviera revestida de terciopelo negro embellecería igualmente el cielo como un disco plateado" -
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debe iluminar a la Luna con luz 90 veces más fuerte que la luz con que la Luna llena ilumina
a la Tierra. En las "noches de claro de Tierra" en la Luna sería posible leer impresos en
pequeños caracteres. La iluminación del suelo de la Luna por la Tierra es tan brillante, que
nos permite distinguir a una distancia de 400 000 km la parte nocturna o no iluminada del
globo lunar en forma de un confuso centelleo dentro de una hoz estrecha; este centelleo es
lo que se llama "luz cenicienta" de la Luna. Imagínese usted 90 Lunas llenas arrojando
desde el cielo su luz, tenga en cuenta además la ausencia de atmósfera en nuestro satélite,
que absorbería parte de la luz, y podrá formarse así una idea del cuadro fantástico que han
de ofrecer los paisajes lunares inundados en medio de la noche por el brillo de la "Tierra
llena".
¿Podría un observador lunar distinguir en el disco de la Tierra los contornos de los
continentes y de los océanos? Está bastante difundida una equivocada opinión, según la
cual, la Tierra, en el cielo de la Luna, constituye algo parecido a la esfera terrestre de una
escuela. Así la representan los artistas cuando tienen que dibujar la Tierra en el espacio; con
los contornos de los continentes, con gorros de nieve en las regiones polares y otros detalles
semejantes.
Todo esto pertenece al terreno de la fantasía. En la esfera terrestre observada desde fuera
no se pueden distinguir esos detalles. Sin hablar de las nubes, que habitualmente cubren la
mitad de la superficie terrestre, la misma atmósfera dispersa fuertemente los rayos solares;
por esta razón la Tierra debe aparecer tan brillante y tan inescrutable a la vista como Venus.
El astrónomo de Pulkovo, G. A. Tijov, tras haber estudiado este proble ma, escribió:
"Si miráramos a la Tierra desde el espacio, veríamos un disco de color blanco intenso
en el cielo y apenas distinguiríamos algunos detalles de su superficie. Una inmensa
parte de la luz que el Sol envía a la Tierra es dispersada en el espacio por la
atmósfera y sus componentes antes de alcanzar la superficie de la Tierra. Y la luz que
refleja la superficie misma se debilita fuertemente otra a vez a consecuencia de una
nueva dispersión en la atmósfera."
Así, pues, mientras que la Luna nos muestra en formó precisa todos los detalles de su
superficie, la Tierra esconde su faz a la Luna y a todo el universo bajo el velo brillante de su
atmósfera.
Pero no sólo por esto se distingue el astro nocturno lunar del terrestre. En nuestro cielo, la
Luna sale y se pone, recorre su camino junto con la bóveda estrellada. En el cielo de la
Luna, la Tierra no realiza este movimiento. Allí la Tierra no sale ni se pone, ni toma parte en
el armonioso y extraordinariamente lento cortejo de las estrellas. Pende en el cielo casi
inmóvil, ocupando para cada punto de la Luna una posición definida, mientras las estrellas
se deslizan lentamente detrás de ella. Esto es consecuencia de la particularidad ya
examinada del movimiento de la Luna, según la cual, nuestro satélite dirige hacia la Tierra
siempre la misma parte de su superficie. Para un observador lunar, la Tierra está colgada
casi inmóvil de la cúpula del cielo. Si la Tierra está en el cenit de algún cráter lunar, no
abandona nunca su posición Genital. Si desde algún punto es visible en el horizonte,
eternamente se queda en el horizonte para este lugar. Solamente la libración de la Luna,
sobre la cual hemos hablado, interrumpe algo esta inmovilidad. El cielo estrellado realiza
detrás del disco de la Tierra su lenta rotación, en 27 1/3 de nuestros días. El Sol da una
vuelta al cielo en 291/2 días; los planetas ejecutan movimientos semejantes y sólo la Tierra
está casi inmóvil en el cielo negro.
Pero aunque permanece en un mismo sitio, la Tierra gira rápidamente alrededor de su eje
en 24 horas y, si su atmósfera fuera transparente, nuestro planeta podría servir de cómodo
reloj celeste a los futuros pasajeros de los navíos interplanetarios. Aparte esto, la Tierra
escribe Tyndall en su libro sobre la luz. La capacidad del suelo lunar, de dispersar los rayos del Sol que lo iluminan
es, por término medio, igual a la capacidad de dispersión de las rocas volcánicas oscuras. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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tiene las mismas fases que la Luna muestra en nuestro cielo. Es decir, que nuestro mundo
no siempre brilla en el cielo de la Luna como un disco entero; aparece también en forma de
semicírculo, en forma de hoz más o menos estrecha, en forma de circulo incompleto, según
la parte de la mitad de la Tierra iluminada por el Sol que está dirigida hacia la Luna.
Dibujando las posiciones respectivas del Sol, la Tierra y la Luna, se convencerá fácilmente
de que la Tierra y la Luna deberán mostrar, una a otra, fases opuestas.
Figura 51. "Tierra nueva" en la Luna. El disco negro de la Tierra está
rodeado de un borde brillante debido al fulgor de la atmósfera
terrestre
Cuando nosotros observamos la Luna nueva, el observador lunar debe ver el disco entero de
la Tierra, "Tierra llena"; a la inversa, cuando nosotros tenemos Luna llena, en la Luna hay
"Tierra nueva" (figura 51); cuando vemos la hoz afilada y estrecha del cuarto creciente,
desde la Luna se podría admirar a la Tierra en cuarto menguante, y a nuestro astro le
faltaría, para que el disco fuera completo, una hoz similar a la que en ese momento nos
enseña la Luna. Las fases de la Tierra no tienen contornos tan precisos como las de la Luna
la atmósfera terrestre hace borrosos los limites de la luz y da lugar a esa lenta transición del
día a la noche, y viceversa, que nosotros observamos en la Tierra en forma de crepúsculo.
Figura 52. La "Tierra creciente" en el cielo la Luna. El
círculo blanco que está debajo de la Tierra, es el Sol
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Otra diferencia entre las fases de la Luna y las de la Tierra es la siguiente. En la Tierra nunca
vemos a la Luna en el momento mismo de aparecer la Luna nueva. A pesar de que
habitualmente se encuentra en ese momento más alta o más baja que el Sol (a veces 5°, es
decir, 10 diámetros lunares) de modo que un estrecho borde de la esfera lunar iluminado
por el Sol podría verse, la Luna permanece, sin embargo, inaccesible a nuestra vista, pues el
brillo del Sol ahoga el discreto brillo del hilo de plata de la Luna nueva. No observamos la
Luna nueva habitualmente hasta que no tiene la edad de dos días, cuando ya se ha
separado a suficiente distancia del Sol, y sólo en casos muy raros (en primavera) a la edad
de un solo día. Esto no sucedería para quien observara la "Tierra nueva" desde la Luna; allá
no hay atmósfera que disperse los rayos del Sol y cree alrededor del astro diurno una
aureola brillante. Las estrellas y los planetas no se pierden allá en los rayos del Sol y pueden
distinguirse bien en el cielo en su vecindad inmediata.
Por esto, cuando la Tierra no se halle en línea recta frente al Sol (es decir, no en el
momento de un eclipse), sino un poco más alta o más baja que él, será siempre visible en el
cielo negro sembrado de estrellas de nuestro satélite, en forma de una hoz estrecha, con los
cuernos dirigidos en dirección opuesta al Sol (figura 52). A medida que la Tierra se desplaza
hacia la izquierda del Sol, la hoz parecerá girar hacia la izquierda.
Fenómenos correspondientes a los aquí descritos pueden verse observando la Luna con un
pequeño anteojo: en la Luna llena, el disco del astro nocturno no se ve en forma de círculo
completo; como los centros de la Luna y del Sol no se encuentran en línea recta con los ojos
del observador, en el disco de la Luna falta una hoz delgada que, como una franja oscura, se
desliza hacia la izquierda cerca del borde del disco iluminado a medida que la Luna se
mueve hacia la derecha.
Pero la Tierra y la Luna siempre muestran una a otra fases opuestas, - y por esto, en el
momento descrito, el observador lunar debería ver una estrecha hoz correspondiente a la
"Tierra nueva".
Figura 53. Lentos movimientos de la Tierra cerca del horizonte
lunar a consecuencia de la libración. La linea punteada es la
trayectoria del centro del disco terrestre
Hemos apuntado ya, al pasar, que la libración de la Luna debe hacerse sentir en el hecho de
que la Tierra no está totalmente inmóvil en el cielo de la Luna: nuestro planeta oscila,
alrededor de una posición media, 14° en dirección Norte-Sur y 16° en dirección Oeste-Este.
Por la misma razón, en los puntos de la Luna desde los cuales la Tierra es visible en el
horizonte mismo, nuestro planeta debe parecer que se pone, y poco después sale
nuevamente, describiendo extrañas curvas (figura 53). Estas originales salidas y puestas de
la Tierra en un lugar del horizonte sin dar la vuelta alrededor del cielo pueden durar muchos
días terrestres.
Los eclipses en la Luna
El cuadro recién esbozado del cielo lunar se completa con la descripción de esos
espectaculares fenómenos celestes llamados eclipses. En la Luna hay dos clases de eclipses: Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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"de Sol" y "de Tierra". Los primeros son parecidos a los eclipses solares conocidos por
nosotros, pero resultan extraordinariamente llamativos. Se producen en la Luna cuando en
la Tierra ocurren eclipses de Luna, ya que entonces la Tierra se sitúa en la línea que une los
centros del Sol y de la Luna. Nuestro satélite se sumerge en ese momento dentro de la
sombra arrojada por la esfera terrestre. Quien haya visto la Luna en 'tales eclipses sabe que
nuestro satélite no se ve privado totalmente de luz, no desaparece de la vista; es
generalmente visible por los rayos rojo cereza que penetran dentro del cono de sombra de la
Tierra. Si en ese momento nos trasladáramos a la superficie de la Luna y observáramos
desde allá la Tierra, comprenderíamos clarame nte la causa de la iluminación rojiza; en el
cielo de la Luna el globo terrestre, situado delante del Sol brillante, aunque mucho menor,
aparece como un disco negro rodeado por el borde purpúreo de su atmósfera. Este borde
precisamente es el que ilumina con luz rojiza a la Luna sumergida en la sombra (figura 54).
Figura 54. Curso de un eclipse solar en la Luna: el Sol S está
lentamente detrás del disco terrestre T, que pende inmóvil en el
cielo de la luna
Un eclipse de Sol no dura en la Luna sólo unos minutos, como en la Tierra, sino más de 4
horas; tanto como un eclipse de Luna para nosotros, pues en realidad no es más que
nuestro eclipse lunar observado, no desde al Tierra, sino desde la Luna.
En cuanto a los eclipses "de Tierra", son tan pequeños que apenas si merecen la
denominación de eclipses. Se producen en los momentos en que en la Tierra se ven los
eclipses de Sol. En el enorme disco de la Tierra el observador lunar vería entonces un
pequeño circulo negro móvil, que cubre los lugares favorecidos de la superficie de la Tierra
desde los cuales se puede admirar el eclipse de Sol.
Es de señalar que eclipses de Sol como los que vemos desde la Tierra, no se pueden
observar, en general, en ningún otro lugar del sistema planetario. Nosotros disfrutamos de
estos espectáculos excepcionales por una circunstancia casual: la Luna que oculta al Sol está
exactamente tantas veces más cerca de nosotros que del Sol como veces el diámetro lunar
es menor que el solar, coincidencia que no se repite en ningún otro planeta.
Volver
Para qué observan los astrónomos los eclipses
Gracias a la casualidad que acabamos de mencionar, la longitud del cono de sombra que
permanentemente lleva consigo nuestro satélite alcanza a veces la superficie de la Tierra
(figura 55). A decir verdad, la longitud media del cono de sombra de la Luna es menor que
la distancia media de la Luna a la Tierra, y si nosotros tuviéramos en cuenta solamente las
magnitudes medias llegaríamos a la conclusión de que nunca habría eclipses de Sol totales.
Se producen en realidad porque la Luna se mueve alrededor de la Tierra siguiendo una
elipse, lo que hace que en algunas partes de su órbita se encuentre 42 200 km más cerca de
la superficie de la Tierra que en otras; pues la distancia de la Luna varía de 356.900 a
399.100 km.
Conforme se desliza por la superficie de la Tierra, el extremo de la sombra de la Luna dibuja
en ella la "zona de visibilidad del eclipse solar". Esta zona no tiene más de 300 km de ancho
y, por lo tanto, el número de localidades desde las que se puede admirar el espectáculo del
eclipse de Sol siempre es bastante limitado. Si se agrega a esto que la duración del eclipse Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
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solar total se cuenta por minutos (no más de 8), se comprende que tal eclipse sea un
espectác ulo extraordinariamente raro. Para cada punto del globo terrestre sucede una vez
cada dos o tres siglos.
Figura 55. El extremo del cono de sombra de la Luna se desliza por
la superficie de la Tierra; en los lugares cubiertos por esa sombra, el
eclipse solar es visible
Por esta razón, los hombres de ciencia se lanzan literalmente a la caza de los eclipses
solares, y organizan expediciones especiales a los lugares, algunas veces muy alejados,
desde donde este fenómeno puede ser observado. El eclipse de Sol de 1936 (19 de junio)
fue visible como eclipse total solamente en los límites de la Unión Soviética, y 'para poderlo
observar durante dos minutos, vinieron a nuestro país setenta hombres de ciencia
extranjeros de diez países distintos. Los esfuerzos de cuatro expediciones resultaron vanos
debido al tiempo nublado. El esfuerzo desplegado por los astrónomos soviéticos para la
observación de este eclipse fue extraordinario. Se enviaron cerca de 30 expediciones
soviéticas a la zona de eclipse total.
En el año 1941, a pesar de la guerra, el gobierno soviético organizó una serie de
expediciones que se distribuyeron a lo largo de la zona de eclipse total, desde el lago Ladoga
hasta Alma -Ata. Y en 1947 una expedición soviética se dirigió al Brasil para la observación
del eclipse total del 20 de mayo. Particularmente intenso fue el trabajo que en la Unión
Soviética se realizó para la observación de los eclipses solares totales del 25 de febrero de
1952 y del 30 de junio de 1954.
Los eclipses de Luna, aunque se producen una vez y media más raramente que los de Sol,
se observan sin embargo mucho más a menudo. Esta paradoja astronómica se explica muy
fácilmente.
El eclipse de Sol sólo puede ser observado en nuestro planeta en la zona limitada en que el
Sol queda ocultado por la Luna; en los limites de esta estrecha zona, el eclipse es para
algunos puntos total y para otros parcial (es decir, el Sol se oculta sólo parcialmente). El
momento del comienzo del eclipse solar también es diferente para los distintos puntos de la
zona, no por la diferencia que existe en el cómputo del tiempo, sino porque la sombra de la
Luna se desplaza sobre la superficie de la Tierra y va cubriendo sucesivamente, a horas
distintas, los diferentes puntos en que el eclipse es visible.
De manera completamente distinta transcurre el eclipse de Luna. Se observa al mismo
tiempo en toda la mitad del globo terrestre en que la Luna es visible en ese momento, es
decir, en que está sobre el horizonte. Las fases consecutivas del eclipse lunar se producen
para todos los puntos de la superficie de la Tierra en el mismo momento; la diferencia está
condicionada sólo por las diferencias en el cómputo de las horas.
De ahí que los astrónomos no tengan que "lanzarse a la caza" de los eclipses de Luna; se les
aparecen en su propia casa. Pero para cazar un eclipse de Sol es necesario hacer algunas
veces enormes viajes. Los astrónomos equipan expediciones a las islas del trópico, muy
lejos, al Este o al Oeste, Para poder observar sólo unos minutos la ocultación del disco solar
por el disco negro de la Luna. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
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¿Tiene sentido preparar expediciones tan costosas para realizar tan breves observaciones?
¿No seria posible realizar esas mismas observaciones sin esperar a la ocultación casual del
Sol por la Luna? ¿Por qué los astrónomos no simulan artificialmente eclipses de Sol,
ocultando en el telescopio su imagen con círculos que les permitan observar esa periferia
solar que tanto les interesa durante los eclipses?
Este eclipse solar artificial no permitiría alcanzar los resultados que se observan durante la
ocultación real del Sol por la Luna. Porque los rayos del Sol, antes de llegar a nuestros ojos,
pasan a través de la atmósfera terrestre y las partículas de aire los dispersan. A esto se
debe que el cielo, durante el día se nos aparezca como una cúpula celeste clara y no negra y
sembrada de estrellas, como lo veríamos, incluso de día, en ausencia de atmósfera.
Ocultando al Sol con una pantalla y dejando en el fondo el océano aéreo, aunque
protegeríamos nuestra vista de los rayos directos del astro diurno, la atmósfera continuarla
como antes sobre nosotros, sumergida en la luz solar, y seguiría dispersando los rayos e
imposibilitando la visión de las estrellas. Esto no sucede si la pantalla eclipsante se
encuentra fuera de los limites de la atmósfera. La Luna es una pantalla de esta clase, por
hallarse lejos de nosotros, mil veces más lejos que el limite de la atmósfera. Los rayos del
Sol se detienen en esa pantalla antes de penetrar en la atmósfera terrestre y, en
consecuencia, la dispersión de la luz en la zona de eclipse no se produce. En realidad, no es
del todo así; en la zona de sombra penetran siempre algunos rayos dispersos por los
territorios iluminados próximos, y ésta es la razón de que el cielo, en un eclipse total de Sol,
nunca esté tan negro como en una noche cerrada. En esas circunstancias sólo son visibles
las estrellas más brillantes.
¿Qué problemas se plantean los astrónomos en la observación del eclipse solar
total? Señalemos los más importantes. El primero es la observación de la llamada
"inversión" de las líneas espectrales en la envoltura exterior del Sol. Las líneas del espectro
solar normalmente oscuras en la cinta clara del espectro, se vuelven claras sobre un fondo
oscuro, durante algunos segundos, tan pronto se produce la total ocultación del Sol por el
disco de la Luna: el espectro de absorción se transforma en un espectro de emisión.
Figura 56. Durante los eclipses totales de Sol, alrededor
del disco negro de la Luna aparece la "corona solar".
Es el llamado "espectro relámpago". Aunque este fenómeno, que proporciona valiosos datos
para juzgar la naturaleza de la envoltura superficial del Sol, puede observarse en las
condiciones señaladas no sólo en el momento de un eclipse, se manifiesta durante éste en
forma tan nítida, que los astrónomos hacen todo lo posible para no perder semejante
oportunidad.
El segundo problema es la investigación de la corona solar. La corona es el más importante Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
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de los fenómenos observables en un eclipse total de Sol: alrededor del círculo
completamente negro de la Luna ribeteada con los salientes ígneos (protuberancias) de la
superficie exterior del Sol, brilla una aureola perlada de diversos tamaños y formas en los
distintos eclipses (figura 56).
El largo de los rayos de esta aureola es con frecuencia varias veces mayor que el diámetro
solar, y su brillo, normalmente, sólo la mitad del brillo de la Luna llena.
Durante el eclipse de 1936 la corona solar apareció excepcionalmente brillante, más brillante
que la Luna llena, lo cual sucede muy raras veces. Los rayos de la corona, largos, un poco
borrosos, se extendían a tres y más diámetros solares; en conjunto, la corona tenía la forma
de una estrella pentagonal cuyo centro ocupaba el disco oscuro de la Luna.
La naturaleza de la corona solar no ha sido bien aclarada hasta la fecha. Durante los
eclipses, los astrónomos fotografían la corona, miden su brillo, estudian su espectro. Todo
esto ayuda a la investigación de su estructura física.
El tercer problema, planteado en los últimos decenios, se refiere a la comprobación de una
de las consecuencias de la teoría de la relatividad generalizada. De acuerdo con la teoría de
la relatividad, los rayos de las estrellas que pasan cerca del Sol experimentan la influencia
de su gigantesca atracción y sufren una desviación, que debe manifestarse en un
desplazamiento aparente de las estrellas cercanas al disco solar (figura 57). La prueba de
esta consecuencia es posible solamente durante un eclipse total de Sol.
Las medidas efectuadas en los eclipses de 1919, 1922, 1926 y 1936 no dieron, en rigor,
resultados decisivos, y el problema de la confirmación experimental de la consecuencia
indicada de la teoría de la relatividad sigue todavía planteado7.
Éstos son los principales objetivos por los que los astrónomos abandonan sus observatorios
y se dirigen a lugares alejados, a veces inhóspitos, para observar los eclipses solares. En
cuanto al espectáculo del eclipse total de Sol, en nuestra literatura hay una estupenda
descripción de este raro fenómeno natural (V. G. Korolenko, El eclipse. La descripción se
refiere al eclipse de agosto de 188?; la observación se efectuó a orillas del Volga, en la
ciudad de Yuriévets.) Damos a continuación un extracto del relato de Korolenko, con algunas
omisiones sin importancia:
"El Sol se sumerge en un instante en una amplia mancha nebulosa y se muestra más
allá de las nubes visiblemente reducido . . .
"Ahora se puede mirar directamente, y ayuda a ello el fino vapor que por todas
partes humea en el aire y suaviza el brillo cegador.
"Silencio. En alguna parte se oye una respiración pesada, nerviosa . . .
"Pasa media hora. El día brilla por doquier igual que antes; algunas nubecillas cubren
y descubren el Sol, que boga ahora por el cielo en forma de hoz.
"Entre los jóvenes reina una animación despreocupada, con una mezcla de
curiosidad.
"Los ancianos suspiran; las ancianas, como histéricas, se quejan a gritos, y algunas
incluso gimen y lanzan alaridos como si les dolieran las muelas.
"El día comienza a palidecer en forma ostensible. Los rostros toman un tinte de
miedo; las sombras de las figuras humanas yacen en tierra pálidas, sin brillo. Un
7 El hecho mismo de la desviación se confirma, pero no se ha podido establecer un acuerdo cuantitativo total con la
teoría. Las observaciones del profesor A. A. Mijailov condujeron a la necesidad de revisar en algunas partes la teoría
misma de este fenómeno. (N. R.) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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barco que se desliza por la corriente pasa como una aparición. Sus contornos se
hacen vagos, sus colores se vuelven menos definidos. La cantidad de luz, al parecer,
disminuye; pero como las sombras densas del atardecer están ausentes y no hay
juego de luces reflejadas por las capas inferiores de la atmósfera, este crepúsculo
resulta extraño y desacostumbrado. El paisaje parece desvanecerse; la hierba pierde
su verdor y las montañas toman un aspecto irreal.
"Sin embargo, aún se ve un estrecho borde brillante de Sol en forma de hoz, y se
tiene la impresión de que el día, aunque muy apagado, continúa. Me parece que los
relatos sobre la oscuridad que reina durante los eclipses son exagerados. '¿Es posible
-me dije- que esta ínfima chispa de Sol que aún queda encendida, como una última
vela olvidada, sea capaz de iluminar tanto este mundo inmenso?... ¿Acaso cuando
ella se extinga va a caer bruscamente la noche?
"Pero he aquí que la chispa desapareció. De pronto, como si se desprendiera con
esfuerzo de un apretado abrazo, brilló como una gota de oro y se extinguió. Y
entonces se esparcieron sobre la Tierra densas tinieblas. Capté el momento en que la
oscuridad completa cayó sobre el crepúsculo. Apareció por el Sur y, como un velo
gigantesco, pasó rápidamente, extendiéndose sobre las montañas, sobre los ríos,
sobre las praderas, abarcando todo el espacio celeste; nos envolvió por todas partes
y en un instante se cerró por el Norte. Yo estaba entonces abajo, en un banco de
arena de la orilla, y observaba la muchedumbre. Reinaba un silencio sepulcral... Los
hombres formaban una masa oscura... Pero ésta no era una noche como las demás.
Había tan poca luz, que las miradas buscaban involuntariamente el brillo plateado de
la Luna que invade la oscuridad azul de una noche normal. Pero por ninguna parte se
veían rayos luminosos. Era como si una ceniza liviana, imperceptible para la vista, se
desparramara desde lo alto sobre la Tierra, o como si una red de malla muy fina
pendiera en el aire. Allá arriba, en las capas superiores de la atmósfera, se adivina un
espacio luminoso que penetra en la oscuridad y funde las sombras, a las que priva de
forma y densidad. Y por encima de toda una naturaleza asombrada por el milagroso
panorama corren nubes que parecen entregarse a una lucha cautivante... Un cuerpo
enemigo, redondo y oscuro como una araña, se agarró al Sol ardiente, y ambos
corren juntos más allá de las nubes. Un cierto resplandor, que sale en forma de
reflejos cambiantes de detrás del escudo de sombras, da movimiento y vida al
espectáculo, y las nubes refuerzan aún más la ilusión con su silenciosa e inquieta
carrera."
Los eclipses de Luna no poseen para los astrónomos contemporáneos tanto interés como los
eclipses de Sol. Nuestros antepasados veían en los eclipses de Luna un medio cómodo para
convencerse de la forma esférica de la Tierra. Recordemos el papel que jugó esta prueba en
el viaje de circ unnavegación de Magallanes.
Cuando después de largos y agotadores días de viaje por las desiertas aguas del océano
Pacífico los marineros cayeron en la desesperación, convencidos de que se alejaban cada vez
más de la tierra firme por un mar que no tenía fin, sólo Magallanes no perdió el coraje.
"Aunque la Iglesia siempre sostuvo, basándose en las Sagradas Escrituras, que la Tierra es
una planicie rodeada por agua -relata uno de los compañeros del gran navegante-,
Magallanes extrajo fuerzas del siguiente razonamiento: en los eclipses de Luna la sombra
arrojada por la Tierra es circular, y si tal es la sombra, tal debe ser el objeto que la arroja..."
En los libros antiguos de astronomía encontramos también dibujos que explican la relación
entre la forma de la sombra de la Luna y la forma de la Tierra (figura 58). Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Ahora ya no necesitamos demostraciones semejantes. En cambio, los eclipses de Luna nos
dan la posibilidad de conocer naturaleza de las capas superiores de la atmósfera terrestre,
por el brillo y el color de la Luna.
Figura 58. Dibujo antiguo que ilustra la idea de que por la forma
de la sombra de la Tierra en el disco de la Luna se puede juzgar la
forma del nuestro.
Como es sabido, la Luna no desaparece totalmente en la sombra de la Tierra y continúa
siendo visible por los rayos del Sol refractados dentro del cono de sombra. La intensidad de
la iluminación de la Luna en ese momento y sus matices tienen para los astrónomos un gran
interés, y se hallan, según ha podido comprobarse, en sorprendente relación con el número
de las manchas solares. Además, en los últimos tiempos se aprovechan los eclipses de Luna
para medir la velocidad de enfriamiento de su superficie cuando se ve privada del calor del
Sol. Más adelante volveremos sobre esto.
Volver
Por qué los eclipses se repiten cada 18 años
Mucho antes de nuestra era los observadores babilónicos del cielo notaron que los eclipses
de Sol y de Luna se repiten en serie cada 18 años y 10 días. Este período fue llamado por
ellos "saros". Sirviéndose del saros los antiguos predecían la aparición de los eclipses, pero
no sabían a qué se debía una periodicidad tan regular ni por qué tiene tal duración y no otra.
La causa de la periodicidad de los eclipses se encontró mucho más tarde, como resultado del
estudio cuidadoso de los movimientos de la Luna. ¿Cuánto tiempo dura una revolución de la
Luna por su órbita? La respuesta a esta pregunta puede ser distinta, según el momento que
se tome como término de una vuelta de la Luna alrededor de la Tierra. Los astrónomos
distinguen cinco clases de meses, de los cuales nos interesan ahora sólo dos:
1. El llamado mes "sinódico", es decir, el intervalo de tiempo en que la Luna realiza
una vuelta completa alrededor de su órbita si se sigue este movimiento desde el Sol.
Este es el período de tiempo que transcurre entre dos fases iguales de la Luna, por
ejemplo, de una Luna nueva a otra Luna nueva. Es igual a 29.5306 días.
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2. El llamado mes "draconítico", que es el espacio de tiempo al cabo del cual la Luna
vuelve al mismo "nodo" de su órbita (los nodos son las intersecciones de la órbita de
la Luna con el plano de la órbita de la Tierra). La duración de este mes es de 27.212
días.
Los eclipses, como es fácil comprender, se producen sólo cuando la Luna, en fase de Luna
nueva o de Luna llena, se encuentra en uno de los nodos: su centro se encuentra entonces
en línea recta con los centros de la Tierra y del Sol. Es evidente que si hoy se produce un
eclipse, deberá producirse nuevamente al cabo de un espacio de tiempo en el cual se cumpla
un número entero de meses sinódicos y draconíticos, pues entonces se repetirán las
condiciones en las cuales se produce un eclipse.
¿Cómo encontrar semejante espacio dé tiempo? Para esto es necesario resolver la ecuación
29.5306 x = 27.2122 y
donde x e y son números enteros. Planteándola en forma de proporción,
306 . 295
122 . 272
=
y
x
Se ve que la solución más sencilla de esta situación es la siguiente
x = 272 122, y = 295 306.
Resulta así un período enorme de decenas de milenios, sin valor práctico. Los antiguos
astrónomos se conformaron con una solución aproximada. El medio más cómodo para hallar
esa aproximación lo dan las fracciones continuas.
Transformemos el quebrado
122 . 272
306 . 295
en fracción continua. Esto se hace del modo siguiente. Extrayendo el número entero,
tenemos
122 . 272
184 . 23
1
122 . 272
306 . 295
+ =
En el último quebrado dividimos el numerador y el denominador por el numerador
23182
17098
11
1
1
122 . 272
306 . 295
+ =
El numerador y el denominador del quebrado 17098 / 23182 los dividimos por el numerador
y así procederemos en adelante.
Obtenemos como resultado final
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30
1 17
1
4
1
1
1
2
1
1
1
1
1
11
1
1
122 . 272
306 . 295
+
+
+
+
+
+
+
+ =
De esta fracción, tomando los primeros términos y despreciando los restantes, obtenemos
las siguientes aproximaciones consecutivas
12 / 11, 13 / 12, 38 / 35, 51 /47, 242 /225, 1019 / 959, etc.
El quinto quebrado de esta serie da ya suficiente precisión. Si nos detenemos en él, es decir,
si se toman los valores x = 223 e y = 242, el período de repetición de los eclipses que se
obtiene es igual a 223 días sinódicos o a 242 draconíticos. Esto constituye 3 6585 días, es
decir, 18 años 11,3 días (o 10,3 días)8.
Tal es el origen del saros. Sabiendo de donde procede, podemos dejar de lado el cálculo y
predecir por medio de él, con bastante precisión, los eclipses. Vemos que, tomando el saros
igual a 18 años 10 días, despreciamos 0.3 días. Esto debe tenerse en cuenta, pues el eclipse
predicho con este período simplificado caerá a una hora del día diferente a la de la
oportunidad anterior (aproximadamente 8 horas más tarde), y sólo utilizando un período
exactamente igual al triple del saros, el eclipse se repetirá casi en el mismo momento del
día. Aparte esto, el saros no tiene en cuenta los cambios de distancia de la Luna a la Tierra y
de la Tierra al Sol, cambios que tienen su periodicidad; de estas distancias depende que el
eclipse de Sol sea o no total. El saros, pues, nos da solamente la posibilidad de predecir qué
día determinado ha de ocurrir un eclipse, pero sobre si será total, parcial o anular, o si podrá
ser observado en los mismos lugares que la vez anterior, nada permite afirmar.
Finalmente, sucede también que un eclipse parcial de Sol que es insignificante, 18 años
después disminuye hasta cero, es decir, deja totalmente de observarse, y, a la inversa, a
veces se hace visible un pequeño eclipse solar parcial que antes no era observable.
En nuestros días los astrónomos no utilizan el saros. Los movimientos caprichosos del
satélite de la Tierra están tan bien estudiados, que el eclipse se predice con una exactitud de
segundos. Si la predicción de un eclipse no se cumpliera, los hombres de ciencia
contemporáneos estarían dispuestos a admitir cualquier cosa antes que la falibilidad de sus
cálculos.
Esto fue muy bien señalado por Julio Verne, quien, en su novela El país de las pieles, nos
hace el relato de un astrónomo que se dirigió al polo para la observación de un eclipse de
Sol que, a pesar de haber sido previsto, no se produjo. ¿Qué conclusión sacó de esto el
astrónomo? A sus acompañantes les dio la explicación de que la superficie helada en que se
encontraban no era un continente, sino un campo de hielo flotante que había sido
transportado por las corrientes marinas fuera de la zona del eclipse. Esta afirmación resultó
ser exacta. He ahí un ejemplo de fe profunda en la ciencia.
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¿Es posible?
8 Según que entren en este período 4 ó 5 años bisiestos. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Testigos oculares refieren que durante un eclipse de Luna han podido observar sobre el
horizonte, en un lado del cielo, el disco del Sol y, al mismo tiempo, en el otro lado, el disco
de la Luna oscurecido.
Este fenómeno fue observado también en 1936, en el elipse parcial de Luna del 4 de julio.
Uno de mis lectores me escribió lo siguiente:
"El 4 de julio, ya tarde, a las 20 horas y 31 minutos, salió la Luna, y a las 20 horas y
45 minutos se puso el Sol; en el momento de la salida de la Luna ocurrió el eclipse
lunar, aunque la Luna y el Sol eran visibles al mismo tiempo sobre el horizonte. Esto
me asombró mucho, porque los rayos de luz se propagan en línea recta."
El espectáculo es en realidad enigmático: aunque, a pesar de la afirmación de la muchacha
de Chejov, a través de un vidrio ahumado no se puede "ver la línea que une los centros del
Sol y de la Luna", trazarla mentalmente al lado de la Tierra es absolutamente posible en
esta disposición. ¿Puede producirse un eclipse si la Tierra no intercepta a la Luna y al Sol?
¿Puede creerse este testimonio de un testigo ocular?
En realidad, en una observación semejante no hay nada de inverosímil. Que el Sol y la Luna
en eclipse sean visibles en el cielo al mismo tiempo es un hecho que depende de la
curvatura de los rayos de luz en la atmósfera terrestre. Gracias a esta curvatura, llamada
"refracción atmosférica", cada astro nos parece estar algo más alto que su verdadera
posición (figura 15). Cuando vemos al Sol o a la Luna cerca del horizonte, geométricamente
se encuentran por debajo de él. Así, pues, no hay nada de imposible en que los discos del
Sol y de la Luna en eclipse sean visibles sobre el horizonte al mismo tiempo.
"Habitualmente escribe con motivo de esto Flammarionse citan los eclipses de 1666, 1668 y
1750, en los que esta rara particularidad apareció en su forma más visible. Sin embargo, no
hay necesidad de remontarse tan lejos. El 15 de febrero de 1877, la Luna salió en París a las
5 horas y 29 minutos y el Sol se puso a las 5 horas y 39 minutos, cuando ya comenzaba un
eclipse total. El 4 de diciembre de 1880 hubo un eclipse total de Luna en París; ese día la
Luna salió a las 4 horas y el Sol se puso a las 4 horas y 2 minutos, y esto ocurrió casi en la
mitad del eclipse, que se prolongó desde las 3 horas y 3 minutos hasta las 4 horas y 35
minutos. Si este hecho no se observa mucho más a menudo, es simplemente por falta de
observadores. Para ver la Luna en eclipse total antes de la puesta del Sol o después de su
salida, se necesita simplemente elegir en la Tierra un lugar tal que la Luna se encuentre
sobre el horizonte hacia la mitad del eclipse."
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Lo que no todos saben acerca de los eclipses
Preguntas
1. ¿Cuánto pueden durar los eclipses de Sol? ¿Y cuánto los eclipses de Luna?
2. ¿Cuántos eclipses pueden producirse a lo largo de un año?
3. ¿Hay años sin eclipses de Sol? ¿Y sin eclipses de Luna?
4. ¿Desde qué lado avanza sobre el Sol el disco negro de la Luna durante el eclipse, desde la
derecha o desde la izquierda?
5. ¿Por qué borde empieza el eclipse de Luna, por el derecho o por el izquierdo?
6. ¿Por qué las manchas de luz en la sombra del follaje tiene dura nte el eclipse de Sol forma
de hoz? (figura 59).
7. ¿Qué diferencia hay entre la forma de la hoz del Sol durante un eclipse y la forma
ordinaria de la hoz de la Luna?
8. ¿Por qué se mira el eclipse solar a través de un vidrio ahumado?
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Respuestas
1. La mayor duración de la fase total de un eclipse de Sol es de 71/2 minutos (en el Ecuador,
en las latitudes altas es menor). Todas las fases del eclipse pueden abarcar hasta 41/2 horas
(en el Ecuador).
La duración de todas las fases del eclipse de Luna alcanza hasta 4 horas; el tiempo de la
ocultación total de la Luna no dura más de 1 hora y 50 minutos.
2. El número total de eclipses de Sol y de Luna a lo largo de un año no puede ser mayor de
7 ni menor de 2 (en el año 1935 se contaron 7 eclipses: 5 solares y 2 lunares).
3. No hay ningún año sin eclipses de Sol; anualmente se producen por lo menos 2 eclipses
solares. Los años sin eclipses de Luna son bastante frecuentes; aproximadamente, uno cada
5 años.
4. En el hemisferio Norte de la Tierra el disco de la Luna se desplaza sobre el Sol de derecha
a izquierda. El primer contacto de la Luna con el Sol debe esperarse por el lado derecho. En
el hemisferio Sur, por el lado izquierdo (figura 60).
Figura 60. Por qué para un observador en el hemisferio Norte de la
Tierra, el disco de la Luna se desplaza durante el eclipse sobre el
Sol desde la derecha y para un observador en el hemisferio Sur,
desde la izquierda
5. En el hemisferio Norte la Luna entra en la sombra de la Tierra por su borde izquierdo; en
el hemisferio Sur, por el derecho.
6. Las manchas de luz en la sombra del follaje no son otra cosa que imágenes del Sol.
Durante el eclipse el gol tiene forma de hoz, y esa misma forma tienen que tener sus
imágenes en la sombra del follaje (figura 59).
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Figura 59. Las manchas de luz en la sombra del follaje de los
árboles durante la fase parcial de un eclipse tienen forma de hoz
7. La hoz de la Luna está limitada exteriormente por un semicírculo e interiormente por una
semielipse. La hoz del Sol está limitada por dos arcos de circulo de igual radio. ("Los
enigmas de las fases de la Luna".)
8. El Sol, aunque esté parcialmente oculto por la Luna, no se puede mirar sin proteger
adecuadamente los ojos.
Los rayos solares afectan a la parte más sensible de la retina y disminuyen sensiblemente la
agudeza visual durante cierto tiempo, y a veces, para toda la vida.
Ya a comienzos del siglo XIII un escritor de Novgorod observaba: "A causa de este mismo
hecho, en el Gran Novgorod algunos hombres casi perdieron la vista." Es fácil evitar la
quemadura, sin embargo, proveyéndose de un vidrio densamente ahumado. Se debe
ahumar con una vela, de manera que el disco del Sol aparezca a través del vidrio como un
círculo claramente dibujado, sin rayos y sin aureola. Resulta más cómodo si se cubre el
vidrio ahumado con otro vidrio limpio y se encola ambos por los bordes con un papel. Como
no se puede prever cuáles serán las condiciones de visibilidad del Sol durante el eclipse,
conviene preparar varios vidrios con distintas densidades de ahumado.
Se pueden utilizar también vidrios coloreados, colocando uno sobre otro dos vidrios de
distintos colores (preferentemente "complementarios"). Los lentes oscuros de sol habituales
son insuficientes para este fin. Finalmente, son también muy adecuados para la observación
del Sol los negativos fotográficos que te tengan partes oscuras con la densidad necesaria.9
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¿Cuál es el clima de la luna?
Hablando con propiedad, en la Luna no existe clima, si se toma esta palabra en el sentido
corriente. ¿Cuál puede ser el clima donde faltan totalmente la atmósfera, las nubes, el vapor
de agua, las precipitaciones, el viento? De lo único de que puede hablarse es de la
temperatura de la superficie lunar.
9 A quien desee conocer más detalladamente cómo se desarrolla un eclipse total de Sol y qué observaciones llevan a
cabo los astrónomos durante él, se le recomienda el libro Eclipses solares y su observación, escrito por un grupo de
especialistas bajo la dirección general del profesor A. A. Mijailov. El libro está dedicado a los aficionados a la
astronomía, a los profesores y a los estudiantes de las clases superiores. En forma más popular está escrito el libro de
V. T. Ter-Oranezov, Eclipses solares, Editorial Técnica del Estado, 1954 (Biblioteca Científica Popular). Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
34
Pues bien, ¿en qué medida está caliente el suelo de la Luna? Los astrónomos disponen
actualmente de un aparato que les da la posibilidad de medir la temperatura no sólo de los
astros lejanos, sino de algunas de sus partes separadamente. La construcción del aparato
está basada en el efecto termoeléctrico en un conductor formado por dos metales diferentes
se genera una corriente eléctrica cuando uno de los metales está más caliente que el otro; la
intensidad de la corriente originada depende de la diferencia de las temperaturas y permite
medir la cantidad de calor recibido.
Figura 61. En la Luna, la temperatura llega a ser en el
centro del disco visible, de +110 °C y desciende
rápidamente hacia los bordes hasta -50 °C, y aún más
La sensibilidad del aparato es sorprendente. De dimensiones microscópicas (la parte
fundamental del aparato no es mayor de 0.2 mm y pesa 0.1 mg), puede detectar incluso la
acción calórica de estrellas de 13ª magnitud que elevan la temperatura en diezmillonésimas
de grado. Estas estrellas no son visibles sin telescopio; brillan 600 veces más débilmente
que las estrellas que se encuentran en el limite de la visibilidad a simple vista.
Detectar una cantidad tan sumamente pequeña de calor es lo mismo que captar el calor de
una vela desde una distancia de varios kiló metros.
Disponiendo de este casi maravilloso instrumento de medición, los astrónomos lo aplicaron
en distintos puntos de la imagen telescópica de la Luna, midieron el calor recibido y
apreciaron así la temperatura de sus distintas partes (con una precisión de hasta 10 °). He
aquí los resultados (figura 61) : En el centro del disco de la Luna llena la temperatura es
mayor de 100 ° C; si se situara agua en dicha parte de la Luna, herviría aun a presión
normal. "En la Luna no tendríamos necesidad de preparar la comida en el reverbero -escribe
un astrónomo-; el papel de éste podría desempeñarlo cualquier roca cercana." A partir del
centro del disco la temperatura desciende regularmente en todos los sentidos, pero a 2700
km del punto central todavía no es menor de 80°C. Después; la caída de la temperatura se
hace más rápida, y cerca del borde del disco iluminado reina un frío de -50°C. Aún más fría
es la parte oscura de la Luna, la que se halla en dirección contraria al Sol, donde el frío
alcanza a -160 ° C.
Ya hemos dicho que durante los eclipses, cuando la esfera de la Luna se sumerge en la
sombra de la Tierra, la superficie lunar que se ve privada de la luz del Sol, se enfría
rápidamente. Se ha medido la magnitud de este enfriamiento; en un caso, el descenso de la Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 2 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
35
temperatura durante el eclipse resultó ser de -70 °C a -117 °C, es decir, de casi 200 °C, en
un período de tiempo de, aproximadamente, 11/2 a 2 horas. En la Tierra, en cambio, en
condiciones similares, es decir, durante un eclipse solar, se registra un descenso de
temperatura de 2°, a lo sumo de 3°. Esta diferencia debe atribuirse a la influencia de la
atmósfera terrestre, que es relativamente transparente para los rayos visibles del Sol pero
que retiene los rayos "caloríficos" invisibles que el suelo caliente irradia.
El hecho de que la superficie de la Luna pierda tan rápidamente el calor acumulado muestra,
al mismo tiempo, la baja capacidad calórica y la mala conductividad térmica del suelo de la
Luna, de lo cual se desprende que, durante el calentamiento, nuestro satélite sólo puede
acumular una pequeña reserva de calor.
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Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
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1
Capítulo Tercero
LOS PLANETAS
Contenido
Planetas a la luz del Día
Los símbolos de los planetas
Algo que no se puede dibujar
Por qué Mercurio no tiene atmósfera
Las fases de Venus
Las oposiciones
¿Planeta o Sol pequeño?
La desaparición de los anillos de Saturno
Anagramas astronómicos
Un planeta situado más allá de Neptuno
Los planetas enanos
Nuestros vecinos más próximos
Los acompañantes de Júpiter
Los cielos ajenos
* * *
Planetas a la luz del Día
¿Es posible ver de día, a la luz del Sol, los planetas? Con el telescopio, desde luego: los
astrónomos efectúan frecuentemente observaciones diurnas de los planetas, que pueden ver
incluso con telescopios de potencia mediana, si bien es cierto que no en forma tan clara y
provechosa como de noche. Con un telescopio que tenga un objetivo de 10 cm de diámetro
es posible no sólo ver durante el día a Júpiter, sino de distinguir sus franjas características.
La observación de Mercurio es precisamente más cómoda de día, cuando el planeta se
encuentra alto sobre el horizonte; después de la puesta del Sol, Mercurio permanece visible
en el cielo, pero tan bajo, que la atmósfera terrestre perturba grandemente la imagen
telescópic a.
En condiciones favorables algunos planetas se pueden ver de día, a simple vista. En
particular, es frecuente poder observar en el cielo diurno á Venus, el más brillante de los
planetas, aunque, desde luego, en la época de su mayor brillo. Es bien conocido el relato de
Arago sobre Napoleón I, quien, una vez, durante un desfile por las calles de París, se ofendió
porque la multitud, sorprendida por la aparición de Venus al mediodía, prestó más atención
a este planeta que a su imperial persona.
Desde las calles de las grandes ciudades, durante las horas del día, Venus es con frecuencia
más visible aún que desde los lugares abiertos: las casas altas ocultan el Sol y protegen así Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
2
los ojos del deslumbramiento de sus rayos directos. La visibilidad casual de Venus durante el
día fue señalada también por escritores rusos. Así, un escritor de Novgorod dice que en el
año 1331, de día, "se vio en los cielos una señal, una estrella que brillaba encima de la
iglesia". Esta estrella (según las investigaciones de D. C. Sviatski y N. A. Biliev) era Venus.
Las épocas más favorables para ver a Venus de día se repiten cada 8 años. Los
observadores atentos del cielo seguramente han tenido oportunidad de ver de día, a simple
vista, no sólo a Venus, sino también a Júpiter, e incluso a Mercurio.
Es conveniente detenerse ahora en el problema del brillo comparativo de los planetas. Entre
los no especializados surge a veces la duda: ¿Cuál de los planetas alcanza mayor brillo
Venus, Júpiter o Marte? Naturalmente, si brillaran al mismo tiempo y se les pusiera uno al
lado del otro, semejante problema no surgiría. Pero cuando se les ve en el cielo en distintos
momentos, no es fácil decidir cuál de ellos es más brillante. He aquí cómo se distribuyen los
planetas por orden de brillo:
ïî
ïí
ì
Þ
ïþ
ïý
ü
Sirio
que brillante
más veces Varias
Júpiter
Marte
Venus
ïî
ïí
ì
Þ
þ ý ü
magnitud primera de estrellas
que brillantes más pero
Sirio que débiles Más
Saturno
Mercurio
Ya volveremos sobre este tema en el capítulo siguiente, cuando abordemos el estudio del
valor numérico del brillo de los cuerpos celestes.
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Los símbolos de los planetas
Para designar al Sol, la Luna y los planetas, los astrónomos contemporáneos utilizan signos
de origen muy antiguo (figura 62).
La forma de estos signos exige una explicación, salvo el signo de
la Luna, naturalmente, que se comprende por sí mismo. El signo
de Mercurio es la imagen simplificada del cetro del dios
mitológico Mercurio, dueño protector de este planeta. Como
signo de Venus sirve la imagen de un espejo de mano, emblema
de la feminidad y de la belleza inherentes a la diosa Venus.
Como símbolo de Marte, que era el dios de la guerra, se usa una
lanza cubierta con un escudo, atributos del guerrero. El signo de
Júpiter no es otra cosa que la inicial de la denominación griega
dé Júpiter (Zeus), una Z manuscrita. El signo de Saturno, según
lo interpretó Flammarion, es la representación deformada de la
"guadaña del tiempo", atributo tradicional del dios del destino.
Los signos enumerados hasta ahora se utilizan desde el siglo IX.
El signo de Urano, ya se comprende, tiene un origen posterior:
este planeta fue descubierto a fines del siglo XVIII. Su signo es
un círculo con la letra H, que nos recuerda el nombre de
Herschel, descubridor de Urano. El signo de Neptuno
(descubierto en 1846) es un tributo a la mitología, el tridente
del dios de los mares. El signo para el último planeta, Plutón, se
comprende por sí mismo.
A estos símbolos planetarios es necesario añadir el signo del
planeta en que vivimos, y también, el signo del astro central de
nuestro sistema, el Sol. Este último signo, el más antiguo, era utilizado ya por los egipcios
hace varios milenios.
Figura 62. Signos
convencionales para el
Sol, la Luna y los
planetas Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
3
A muchas personas les parecerá seguramente extraño que los astrónomos occidentales
empleen los mismos signos de los planetas para indicar los días de la semana, a saber:
el domingo con el signo del
el lunes con el signo de la
el martes con el signo de
el miércoles con el signo de
el jueves con el signo de
el viernes con el signo de
el sábado con el signo de
Sol
Luna
Marte
Mercurio
Júpiter
Venus
Saturno
Esta coincidencia inesperada resulta muy natural si se confrontan los nombres de los
planetas con los de los días de la semana, no en ruso, sino en latín o en español, lenguas en
que esos nombres han conservado su relación con las denominaciones de los planetas
(lunes, día de la Luna; martes, día de Marte, etc.).
Pero no vamos a detenernos en este tema tan interesante, que pertenece más a la filología
y a la historia de la cultura que a la astronomía.
Los símbolos de los planetas eran utilizados por los antiguos alquimistas para designar los
metales, como sigue:
el signo del Sol
el signo de la Luna
el signo de Mercurio
el signo de Venus
el signo de Marte
el signo de Júpiter
el signo de Saturno
para el oro
la plata
el mercurio
el cobre
el hierro
el estaño
el plomo
Esta relación se explica teniendo en cuenta las ideas de los alquimistas, que relacionaban
cada metal con uno de los antiguos dioses mitológicos.
Finalmente, un eco del respeto medieval por los símbolos de los planetas es la utilización por
los botánicos y por los zoólogos contemporáneos de los símbolos de Marte y de Venus para
distinguir el macho y la hembra en los ejemplares de una misma especie. Los botánicos usan
también el símbolo astronómico del Sol para señalar las plantas anuales; para las bienales
utilizan el mismo signo, pero algo cambiado (con dos puntos en el circulo); para las yerbas
vivaces, el signo de Júpiter; para los arbustos y los árboles, el signo de Saturno.
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Algo que no se puede dibujar
Entre las cosas que de ningún modo se pueden representar en el papel, se encuentra el
plano exacto de nuestro sistema planetario, Lo que con la denominación de plano del
sistema planetario encontramos en los libros de astronomía es un dibujo de las trayectorias
de los planetas, pero no, en modo alguno, del sistema solar; los planetas mismos, en esos
dibujos, no se pueden representar sin una grosera alteración de las escalas. Los planetas, en
relación con las distancias que los separan, son tan sumamente pequeños, que es incluso
difícil hacerse una idea exacta de esta relación. Facilitaremos el trabajo de nuestra
imaginación si hacemos un modelo reducido del sistema planetario. Entonces resultará claro
por qué es imposible trasladar el sistema planetario al papel. A lo más que podemos llegar
en el dibujo es a mostrar las dimensiones relativas de los planetas y del Sol (figura 63).
Tomemos para la Tierra una dimensión bien modesta, la de una cabeza de alfiler, es decir,
una esferita de aproximadamente 1 mm de diámetro. Hablando con más precisión, vamos a
utilizar una escala aproximada de 15000 km por 1 mm ó 1: 15 000 000 000. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
4
La Luna, en forma de 1/4 de mm de diámetro, será necesario colocarla a 3 cm de la cabecita
del alfiler. El Sol, con el tamaño de una pelota de croquet (10 cm), deberá distar 10 m de la
Tierra.
Figura 63. Dimensiones relativas de los planetas y del Sol. El
diámetro del disco del Sol, a esta escala, es igual a 19 cm
Colocada la pelota en un ángulo de una habitación bien espaciosa y la cabecita del alfiler en
el otro, tendrán ustedes un modelo de lo que relativamente son la Tierra y el Sol en el
espacio sideral. Se ve claramente que, en realidad, es mucho mayor el vacío que la materia.
Es cierto que entre el Sol y la Tierra hay dos planetas, Mercurio y Venus, pero uno y otro
contribuyen poco a rellenar el vacío. En nuestra habitación, pues, habría que colocar aún dos
granitos: uno de 4 de mm de diámetro (Mercurio), a una distancia de 4 m de la pelota del
Sol, y el segundo, como una cabecita de alfiler (Venus), a 7 m.
Pero habrá también más granitos del otro lado de la Tierra. A 16 m de la pelota del Sol gira
Marte, un granito de mm de diámetro. Cada 15 años, ambos granitos, la Tierra y Marte, se
aproximan hasta una distancia de 4 m; entonces se encuentran a la menor distancia ambos
mundos.
Marte tiene dos satélites; pero representarlos en nuestro modelo es imposible, pues en la
escala elegida ¡debería tener las dimensiones de una bacteria! Un tamaño igualmente muy
pequeño tendrían también en el modelo los asteroides, diminutos planetas conocidos ya en
número de más de 1500 que giran entre Marte y Júpiter. Su distancia media al Sol en
nuestro modelo seria de 28 m. Los más grandes de ellos tendrían en el (modelo) el espesor
de un cabello (1/20 mm) y los más pequeños, las dimensiones de una bacteria.
El gigante Júpiter estaría representado con una esferita del tamaño de una avellana (1 cm)
que quedarla a 52 m de la pelota del Sol. Alrededor de él, a las distancias de 3, 4, 7 y 12
cm, girarían los más grandes de sus 12 satélites. Las dimensiones de estas grandes lunas
serían de cerca de 1 mm; las restantes resultarían en el modelo del tamaño de bacterias. El
más alejado de sus satélites, el IX, debería situarse a 2 m de la avellana de Júpiter, lo que
equivale a decir que todo el sistema de Júpiter tiene, en nuestro modelo, 4 m de diámetro.
Esto es mucho en comparación con el sistema Tierra-Luna (6 cm de diámetro), pero es
bastante modesto si se compara con el diámetro de la órbita de Júpiter (104 m) en nuestro
modelo.
Ahora se ve claramente cuán poco resultado darían los intentos de hacer un plano del
sistema planetario en un solo dibujo. Esta imposibilidad resulta más convincente aún si
proseguimos el modelo. El planeta Saturno debería situarse a 100 m de la pelota del Sol, en
forma de una avellana de 8 mm de diámetro. El anillo de Saturno tendría un ancho de 4 mm Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
5
y un espesor de 1/250 mm, y se encontraría a 1 mm de la superficie de la avellana. Los 9
satélites quedarían distribuidos alrededor del planeta en una extensión de 21 m, en forma
de granitos de 1/10 mm de diámetro, y aun de menos.
El vacío que separa los planetas aumenta progresivamente cuando nos aproximamos a los
confines del sistema. En nuestro modelo, Urano estarla separado 196 m del Sol; sería un
guisante de 3 mm de diámetro, con 5 particulitas-satélites distribuidas a una distancia de 4
cm del granito central.
A 300 m de la pelota central giraría lentamente en su órbita un planeta que hasta hace poco
era considerado como el último en nuestro sistema: Neptuno, un guisante con dos satélites
(Tritón y Nereida) situados a 5 y 70 cm de él.
Más lejos aún gira un planeta no muy grande, Plutón, cuya distancia al Sol en nuestro
modelo sería de 400 m y cuyo diámetro habría de ser, aproximadamente, la mitad del de la
Tierra.
Pero ni siquiera la órbita de este último planeta se podría contar como limite de nuestro
sistema solar. Además de los planetas, pertenecen a él los cometas, muchos de los cuales se
mueven en trayectorias cerradas alrededor del Sol. Entre estas "estrella con cabellera"
(significado original de la palabra cometa) hay una serie cuyo período de revolución alcanza
hasta 800 años. Son los cometas que aparecieron el año 372 antes de nuestra era y los años
1106, 1668, 1680, 1843, 1880, 1882 (dos cometas) y 1897.
La trayectoria de cada uno de ellos se representaría en el modelo con una elipse alargada,
cuyo extremo más próximo (perihelio) se encontraría, a lo sumo, a 12 mm del Sol y cuyo
extremo alejado (afelio) a 1700 m, cuatro veces más lejos que Plutón. Si en las dimensiones
del sistema solar consideramos los cometas, nuestro modelo crecería hasta 31/2 km de
diámetro y ocuparía una superficie de 9 km, para una magnitud de la Tierra, no se olvide,
igual a una cabecita de alfiler.
En estos 9 km2 haríamos este inventario:
1 pelota de croquet
2 avellanas
2 guisantes
2 cabecitas de alfiler
3 granitos pequeñísimos.
La materia de los cometas, cualquiera que sea su número, no entra en el cálculo, pues su
masa es tan pequeña que con razón fueron llamados la "nada visible".
Así, pues, nuestro sistema planetario no se puede representar en un dibujo a una escala
verdadera.
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Por qué Mercurio no tiene atmósfera
¿Qué vinculación puede haber entre la presencia de atmósfera en un planeta y la duración
de su rotación alrededor de su eje? Aparentemente, se diría que ninguna. Y, sin embargo, el
ejemplo del planeta más próximo al Sol, Mercurio, puede convencernos de que en algunos
casos esta relación existe.
Por la intensidad que alcanza la gravedad en su superficie, Mercurio podría retener una
atmósfera de una composición similar a la de la Tierra, aunque quizás no tan densa.
La velocidad necesaria para superar totalmente la fuerza de la gravitación de Mercurio es
igual, en su superficie, a 4900 m/s, y esta velocidad, a temperaturas no muy elevadas, no
es alcanzada ni por las moléculas más veloces de nuestra atmósfera 1
Sin embargo, Mercurio está desprovisto de atmósfera. La causa de que así sea estriba en
que Mercurio se mueve alrededor del Sol de modo semejante a como se mueve la luna
1 Ver el capítulo II, "Por qué la Luna no tiene atmósfera". Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
6
alrededor de la Tierra, es decir, presentando siempre la misma cara al astro central. El
tiempo de una revolución por su órbita (88 días) es el mismo tiempo de una rotación
alrededor de su eje. Por esto, en un lado, en el que está siempre dirigido hacia el Sol,
Mercurio tiene un día permanente y un verano eterno; y en el otro lado, en el vuelto en
dirección contraria al Sol, dominan, una noche ininterrumpida y un invierno sin pausa. Es
fácil imaginarse el calor que tiene que reinar en la parte diurna del planeta. El Sol está allí
21 veces más cerca que en la Tierra y la fuerza abrasadora de los rayos deberá crecer en
2.5 x 25, es decir, en 6.25 veces. En el lado nocturno, por el contrario, adonde, en el
transcurso de millones de años no llegó ni un rayo de Sol, tiene que reinar un frío cercano al
del espacio sideral2 (alrededor de -264° C), ya que el calor del lado diurno no puede pasar a
través del espesor del planeta. En el límite entre los lados diurno y nocturno, hay una franja
de un ancho de 23 °, en la que, a consecuencia de la libración3 el Sol aparece de cuando en
cuando.
En condiciones climáticas tan fuera de lo común, ¿qué seria de la atmósfera del planeta?
Evidentemente, en la mitad nocturna, bajo la influencia del intenso frío reinante, la
atmósfera se condensaría en el estado líquido, y luego se solidificaría. A consecuencia del
pronunciado descenso de la presión atmosférica, hacia esa parte se dirigiría la envoltura
gaseosa del lado diurno del planeta que, a su vez, también se solidificaría.
En resumen, toda la atmósfera debería juntarse en forma sólida en el lado nocturno del
planeta, en la parte donde el Sol nunca penetra. De este modo, la ausencia de atmósfera en
Mercurio aparece como una consecuencia inevitable de las leyes físicas.
Con estos mismos razonamientos, según los cuales es imposible la existencia de atmósfera
en Mercurio, debemos descifrar el enigma planteado más de una vez de si hay atmósfera en
el lado no visible de la Luna. Se puede afirmar con seguridad que si no hay atmósfera en un
lado de la Luna, no puede haberla tampoco en el lado opuesto. En este punto, la novela
fantástica de Wells, Los primitivos habitantes de la Luna, se aparta de la verdad. El novelista
supone que en la Luna hay aire, el cual, al cabo de la noche, de 14 días de duración, llega a
condensarse y solidificarse, y luego, con la aparición del nuevo día, pasa al estado gaseoso y
da lugar a una atmósfera. Sin embargo, nada semejante puede suceder.
"Si, escribía en relación con esto el profesor O. D. Jvolson, en el lado oscuro de la
Luna el aire se solidifica, entonces casi todo el aire debe irse del lado iluminado al
oscuro y solidificarse allí también. Bajo la influencia de los rayos solares, el aire cálido
debe transformarse en gas, el cual inmediatamente se dirigirá al lado oscuro, donde
se solidificará... Debe producirse una permanente destilación de aire, y nunca y en
ningún lado puede alcanzar una fluidez importante."
Si para Mercurio y la Luna se puede considerar demostrada la ausencia de atmósfera, en
cambio, para Venus, el segundo de los planetas de nuestro sistema a partir del Sol, la
presencia de atmósfera es segura, sin que quepa duda alguna.
Se ha determinado incluso que en la atmósfera de Venus, más precisamente, en su
estratosfera, hay gran cantidad de gas carbónico, muchas veces más que en la atmósfera
terrestre.
Volver
2 Con la denominación convencional de "temperatura del espacio sideral" los físicos designan la temperatura que
marcaría en el espacio un termómetro ennegrecido, protegido contra los rayos del Sol. Esta temperatura es un poco
más alta que el cero absoluto (-273°) a consecuencia de la acción de calentamiento de la irradiación estelar. Ver el
libro de Y. I. Perelman ¿Sabe usted física?
3 Sobre la libración, ver la sección "El lado visible y el lado invisible de la Luna", Capítulo Segundo. Para la
libración de Mercurio en latitud, tiene valor la misma regla aproximada que rige para la Luna: Mercurio dirige
constantemente la misma cara, no hacia el Sol, sino hacia el otro foco de su elipse, bastante alargada Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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7
Las fases de Venus
El famoso matemático Gauss cuenta que una vez invitó a su madre a contemplar con un
telescopio a Venus, que brillaba intensamente en el cielo de la tarde. El matemático pensaba
dar una sorpresa a su madre, pues en el telescopio Venus se veía en forma de hoz. Sin
embargo, él fue el único sorprendido. Mirando a través del ocular, la madre no mostró
ninguna sorpresa a causa de la forma del planeta y sólo dijo que le extrañaba ver la hoz
dirigida hacia el lado opuesto en el campo del telescopio... Gauss nunca había sospechado
que su madre pudiera distinguir las fases de Venus, incluso a simple vista. Tal agudeza
visual se encuentra muy raramente; por esto, hasta la invención de los catalejos, nadie
sospechaba la existencia en Venus de fases semejantes a las de la Luna.
Una particularidad de las fases de Venus es que el diámetro del planeta en las distintas fases
es desigual: la delgada hoz tiene un diámetro mucho mayor que el disco entero (figura 64) .
Figura 64. Las fases de Venus vistas en el telescopio. En las
diferentes fases, Venus tiene distintos diámetros aparentes como
consecuencia del cambio de su distancia a la Tierra.
La causa de ello es el alejamiento mayor o menor de nosotros de este planeta en sus
distintas fases. La distancia media de Venus al Sol es de 108 millones de km, y la de la
Tierra es de 150 millones de km. Es fácil comprender que la distancia más corta entre
ambos planetas será igual a la diferencia (150-108), es decir, 42 millones de km, y que la
más grande será igual a la suma (150 -t- 108), es decir, a 258 millones de km. Por
consiguiente, el aleja miento de Venus de nosotros cambia dentro de estos límites.
En su posición más próxima a la Tierra, Venus dirige hacia nosotros su lado no iluminado, y
por esto la más grande de sus fases nos es totalmente invisible. Al salir de esta posición de
"Venus nuevo", el planeta toma un aspecto falciforme, el de una hoz cuyo diámetro es tanto
menor cuanto más ancha es la hoz. Venus no alcanza su mayor brillo cuando es visible como
un disco entero, ni tampoco cuando su diámetro es máximo, sino en una fase intermedia. El
disco entero de Venus es visible con un ángulo visual de 10"; la hoz mayor, con un ángulo
de 64". El planeta alcanza su mayor brillo treinta días después de "Venus nuevo", cuando su
diámetro angular es de 40" y el ancho angular de la hoz de 10". Entonces brilla 13 veces
más intensamente que Sirio, la más brillante de todas las estrellas del cielo.
Volver
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Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
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8
Las oposiciones
Son muchos los que saben que la época de mayor brillo de Marte y de su mayor
aproximación a la Tierra se repite aproximadamente cada quince años4.
Figura 65. Cambios del diámetro aparente de Marte en el siglo XX.
En 1909 1924 y 1939 hubo "oposiciones".
También es muy conocida la denominación astronómica de esta época: "oposición de Marte".
Los años en que se produjeron las últimas "oposiciones" del planeta rojo fueron 1924, 1939
(figura 65) y 1956. Pero pocos saben por qué este hecho se repite cada 15 años. Sin
embargo, la explicación matemática de este fenómeno es muy sencilla.
La Tierra completa una vuelta alrededor de su órbita en 365 días y Marte en 687 días. Si
ambos planetas se encuentran una vez a la menor distancia, deben encontrarse nuevamente
después de un espacio de tiempo que incluya un número entero de años, tanto terrestres
como marcianos.
En otras palabras, es necesario resolver en números enteros las ecuaciones
3651/4 x = 687 y
o
x = 1.88 y
de donde
x / y = 1.88 = 47 / 25
Transformando la última fracción en continua; tenemos
3
1
7
1
1
1
1
25
47
+
+
+ =
Tomando los tres primeros términos, tenemos la aproximación
4 A veces diecisiete años. (N. de la E.) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
9
8
15
7
1
1
1
=
+
+
y deducimos que 15 años terrestres son iguales a 8 años marcianos, es decir, que las épocas
de mayor aproximación de Marte deben repetirse cada 15 años. (Hemos simplificado un
poco el problema, tomando como relación de ambos períodos de revolución 1.88 en lugar
del valor más exacto, 1.8809.)
Por el mismo procedimiento se puede calcular también el período en que se repite la mayor
aproximación de Júpiter. El año jovial es igual a 11.86 años terrestres (más exactamente
11.8622). Transformemos este número racional en una fracción continua:
7
1
6
1
1
1
11
50
43
11 86 . 11
+
+
+ = =
Los tres primeros términos dan una aproximación de 83/7: Esto significa que la oposición de
Júpiter se repite cada 83 años terrestres (o cada 7 años de Júpiter). En esos años Júpiter
alcanza también su mayor brillo aparente. La última oposición de Júpiter se produjo a fines
del año 1927. La siguiente caerá en el año 2010. La distancia de Júpiter a la Tierra en ese
momento es igual a 587 millones de km. Esta es la menor distancia a que se puede
encontrar de nosotros el más grande de los planetas del sistema solar.
Volver
¿Planeta o Sol pequeño?
Esta pregunta se puede plantear respecto a Júpiter, el más grande de los planetas de
nuestro sistema. Este gigante; del cual podrían hacerse 1300 esferas del mismo volumen
que la Tierra, con su colosal fuerza de gravitación mantiene girando en torno suyo un
enjambre de satélites. Los astrónomos han descubierto en Júpiter 12 lunas: las cuatro
mayores, que ya fueron descubiertas por Galileo hace tres siglos, se designan con los
números romanos I, II, III, IV. Los satélites III y IV, por sus dimensiones, no desmerecen
frente a un planeta verdadero como Mercurio. En la tabla siguiente se dan los diámetros de
estos satélites, comparados con los diámetros de Mercurio y de Marte; al mismo tiempo se
indican los diámetros de los dos primeros satélites de Júpiter y, también, el de nuestra Luna
Cuerpo
Marte
IV satélite de Júpiter
III satélite de Júpiter
Mercurio
La Luna
I satélite de Júpiter
II satélite de Júpiter
Diámetro
(km)
6600
5150
5150
4700
3700
3480
3220
La figura 66 nos da una ilustración de esa misma tabla. El círculo mayor es Júpiter; cada uno
de los circulitos alineados en su diámetro representa a la Tierra; a la derecha está la Luna.
Los circulitos del lado izquierdo de Júpiter son sus cuatro satélites mayores. A la derecha de
la Luna están Marte y Mercurio. Al examinar este grabado debe tenerse en cuenta que no se Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
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10
trata de un diagrama, sino de un simple dibujo: las relaciones entre las superficies de los
círculos no dan una idea exacta de las relaciones entre los volúmenes de las esferas. Los
volúmenes de las esferas se relacionan entre sí como los cubos de sus diámetros.
Figura 66. Las dimensiones de Júpiter y de sus satélites (a la
izquierda) en comparación con las de la Tierra (a lo largo del
diámetro) y las de la Luna, Marte y Mercurio (a la derecha).
Si el diámetro de Júpiter es 11 veces mayor que el diámetro de la Tierra, su volumen es 113
veces mayor, es decir, 1300 veces mayor.
De acuerdo con esto, debe corregirse la impresión visual de la figura 66, y entonces podrían
ser debidamente apreciadas las gigantescas dimensiones de Júpiter.
En lo que se refiere a la potencia de Júpiter como centro de gravitación, resulta imponente,
si se consideran las distancias a que giran alrededor de este planeta gigante sus lunas. He
aquí una tabla de estas distancias
Distancias
De la Tierra a la Luna
Del III satélite a Júpiter
Del IV satélite de Júpiter
Del IX satélite de Júpiter
Kilómetros
380.000
1.070.000
1.900.000
24.000.000
Comparación
1
3
5
63
Se ve que el sistema de Júpiter tiene unas dimensiones 63 veces mayores que el sistema
Tierra-Luna; tan extendida familia de satélites no la posee ningún otro planeta.
No sin fundamento, pues, se compara a Júpiter con un Sol pequeño. Su masa es 3 veces
mayor que la masa de todos los planetas restantes tomados en conjunto, y si de golpe
desapareciera el Sol, su lugar podría ser ocupado por Júpiter, que mantendría a todos los
planetas girando a su alrededor, si bien lentamente, como nuevo cuerpo central del sistema.
Hay también rasgos de semejanza entre Júpiter y el Sol en cuanto a la estructura física. La
densidad media de su materia es de 1.35 con relación al agua, próxima a la densidad del Sol
(1.4) . Sin embargo, el fuerte aplastamiento de Júpiter hace suponer que posee un núcleo
denso, rodeado de una gruesa capa de hielo y de una gigantesca atmósfera.
No hace mucho tiempo, la comparación entre Júpiter y el Sol fue llevada más lejos; se
supuso que este planeta no está cubierto por una corteza sólida y que apenas si acaba de Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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salir del estado de incandescencia. La idea que en la actualidad se tiene de Júpiter es
precisamente la contraria: la medida directa de su temperatura mostró que es
extremadamente baja: ¡140 centígrados por debajo de cero! Es cierto que se trata de la
temperatura de las capas de nubes que nadan en la atmósfera de Júpiter.
La baja temperatura de Júpiter hace difícil la explicación de sus particularidades físicas: las
tormentas de su atmósfera, las franjas, las manchas, etc. Los astrónomos se encuentran
ante una verdadera madeja de enigmas.
No hace mucho, en la atmósfera de Júpiter (y también en la de su vecino Saturno) fue
descubierta la presencia indudable de una gran cantidad de amoníaco y metano5.
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La desaparición de los anillos de Saturno
En el año 1921 se propagó un rumor sensacional: ¡Saturno había perdido sus anillos! Y no
sólo esto: los fragmentos del anillo destruido volaban por el espacio sideral en dirección al
Sol y en su camino caerían sobre la Tierra. Se indicaba incluso el día en que debía
producirse el encuentro catastrófico...
Figura 67. Posiciones chic ocupan los anillos de Saturno con relación
al Sol durante una revolución de este planeta por su órbita (29
años).
Esta historia puede servir de ejemplo característico de como se propagan las noticias falsas.
El origen de este rumor sensacional es muy simple: en el año mencionado el triple anillo de
Saturno dejó de ser visible durante un corto tiempo, "desapareció", según la expresión del
calendario astronómico; se interpretó esta expresión literalmente, como una desaparición
física, es decir, como una ruptura del anillo, y se adornó posteriormente el suceso con
detalles que llegaban incluso a la catástrofe universal, hablándose de la caída de los
fragmentos del, anillo en el Sol y de su inevitable encuentro con la Tierra.
¡A qué alboroto dio lugar la inocente información del calendario astronómico que anunciaba
la desaparición óptica de los anillos de Saturno! Pero ¿cuál era la causa de esta
desaparición? Los anillos de Saturno son muy delgados, su espesor mide sólo dos o tres
decenas de kilómetros; en comparación con su ancho, tienen la delgadez de una hoja de
papel. Por esto, cuando los anillos se colocan de perfil al Sol, sus superficies superiores e
inferiores no son iluminadas, y los anillos se hacen invisibles. También resultan invisibles
cuando se colocan de perfil al observador terrestre.
Los anillos de Saturno presentan una inclinación de 27° respecto al plano de la órbita de la
Tierra, pero a lo largo de una revolución (29 años) por su órbita, en dos puntos
diametralmente opuestos, el planeta coloca los anillos de perfil al Sol y al observador
5 Aún más significativo es el contenido en metano de la atmósfera de los planetas más alejados, de Urano y,
particularmente, de Neptuno. En el año 1944 fue descubierta una atmósfera de metano en Titán, el más grande de los
satélites de Saturno. (N. R.) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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terrestre (figura 67), y, en otros dos puntos situados a 90° de los primeros, los anillos, por
el contrario, muestran al Sol y a la Tierra su mayor ancho, "se abren", al decir de los
astrónomos.
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Anagramas astronómicos
La desaparición de los anillos de Saturno dejó en su día perplejo a Galileo, al que faltó muy
poco para descubrir este rasgo particularmente notable del planeta, pero que no pudo llegar
a hacerlo debido a la incomprensible desaparic ión de los anillos.
Esta historia es muy interesante. En aquel tiempo era muy frecuente tratar de reservarse el
derecho de primacía en cualquier descubrimiento sirviéndose de un original artificio. Cuando
llegaba a descubrir algo que aún necesitaba de confirmación posterior, el hombre de ciencia,
por temor a que otro se adelantara, recurría a la ayuda de anagramas (trasposiciones de
letras): comunicaba sucintamente la esencia de su descubrimiento en forma de anagrama,
cuyo verdadero sentido era conocido sólo por él mismo. Esto daba al hombre de ciencia la
posibilidad, si no tenía tiempo de confirmar su descubrimiento, de poder demostrar su
prioridad en el caso de que apareciera otro pretendiente. Cuando finalmente se convencía de
la legitimidad del hallazgo original, descubría el secreto del anagrama.
Observando con su imperfecto telescopio que Saturno tenía cerca algún cuerpo agregado,
Galileo se apresuró a "patentar" este descubrimiento e hizo públicos el siguiente juego de
letras
Smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttaviras
Adivinar lo que se esconde tras estas letras es totalmente imposible. Naturalmente, se
pueden ensayar todos los cambios de lugar de estas 39 letras y de este modo descifrar la
frase que proponía Galileo; pero eso exigiría realizar un trabajo enorme. Quien conozca la
teoría combinatoria puede calcular el número total de las distintas permutaciones (con
repetición) posibles6. Son
! 2 ! 2 ! 3 ! 3 ! 5 ! 2 ! 2 ! 4 ! 4 ! 5 ! 3
! 39
´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´
Este número está formado aproximadamente por 35 cifras (recordemos que el número de
segundos de un año ¡está formado sólo por 8 cifras!). Se ve claramente lo bien que Galileo
se aseguró el secreto de su hallazgo.
Un contemporáneo del sabio italiano, Kepler7, con paciencia incomparable, dedicó muchos
esfuerzos a descubrir el sentido oculto de la comunicación de Galileo, y creyó haberlo
logrado cuando con las letras publicadas, despreciando dos, formó esta frase en latín
Salve, umbistineum geminatum Martia proles
(Os saludo, hijos gemelos de Marte)
6 Quizá no lo hizo público, sino que lo envió por carta a Kepler, detalle interesante por lo que sigue. (Nota de la
Editorial soviética.)
7 Es evidente que Kepler utilizó para esto la suposición de una progresión en el número de los satélites de los
planetas; pensando que la Tierra tenía un satélite y que Júpiter tenía 4, creyó natural la existencia de dos satélites en
el planeta intermedio, Marte. Un razonamiento similar llevó también a otros pensadores a sospechar la presencia de
dos satélites en Marte. En la fantasía astronómica Micromegas, de Voltaire (1750), encontramos una alusión a esto,
pues el viajero imaginario, al acercarse a Marte, vio "dos lunas tributarias de este planeta hasta entonces escondidas a
la mirada de nuestros astrónomos". En los Viajes de Gulliver, escritos años antes por Swift (1720), se tiene algo
parecido: los astrónomos de Lupata "descubrieron dos satélites que giran alrededor de Marte". Estos interesantes
hallazgos tuvieron plena confirmación solamente en 1877, cuando Hall descubrió la existencia de los dos satélites de
Marte con ayuda de un potente telescopio. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Kepler quedó convencido de que Galileo había descubierto los dos satélites de Marte cuya
existencia él mismo sospechaba) (en realidad, fueron descubiertos dos siglos y medio
después). Sin embargo, el ingenioso Kepler esta vez no llegó a la verdad. Cuando Galileo
descubrió finalmente el secreto de su comunicación resultó que la frase, despreciando dos
letras, era la siguiente
Altissimum planetam tergeminum observavi
(Observé triple el más alto de los planetas)
Por la escasa potencia de su telescopio, Galileo no podía explicarse el verdadero significado
de esta "triple" aparición de Saturno, y cuando pasados algunos años estos agregados
laterales del planeta desaparecieron completamente, Galileo creyó que se había equivocado
y que Saturno no tenía ningún cuerpo agregado.
La gloria de descubrir los anillos de Saturno le cupo medio siglo después a Huygens. A
semejanza de Galileo, no publicó inmediatamente su descubrimiento, sino que ocultó su
hallazgo en escritura cifrada:
Aaaaaaacccccdeeeeeghiiiiiiiiiiimmnnnnnnnnnnooooppqrrstttttuuuu
Pasados tres años, convencido de la validez de su descubrimiento, Huygens aclaró el sentido
de su comunicación
Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato.
(Rodeado por un anillo delgado, aplastado, que no lo toca en ninguna parte, inclinado sobre
la elíptica).
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Un planeta situado más allá de Neptuno
En la primera edición de este libro (1929) escribí que el último planeta conocido del sistema
solar era Neptuno, que se encuentra 30 veces más lejos del Sol que la Tierra. Ahora no
puedo repetir esto, pues en 1930 se agregó a nuestro sistema solar un nuevo miembro, el
noveno planeta mayor, que gira alrededor del Sol más allá de Neptuno.
Este descubrimiento no fue totalmente inesperado. Hacía tiempo que los astrónomos se
inclinaban a pensar en la existencia de un planeta desconocido más allá de Neptuno. Hace
poco más de cien años se consideraba a Urano como el último planeta del sistema solar.
Algunas irregularidades en su movimiento llevaron a sospechar la existencia de un planeta
más lejano aún, cuya atracción alteraba la trayectoria calculada de Urano.
A la investigación matemática del problema por el matemático inglés Adams y por el
astrónomo francés Le Verrier siguió un brillante descubrimiento; el planeta sospechado fue
visto en el telescopio. Un mundo descubierto por el cálculo, "en el extremo de la pluma", se
manifestó a la vista humana.
Así fue descubierto Neptuno. Posteriormente se vio que la influencia de Neptuno no
explicaba completamente todas las irregula ridades del movimiento de Urano. Entonces
surgió la idea de la existencia de otra planeta transneptuniano. Era necesario hallarlo, y los
matemáticos empezaron a trabajar en este problema. Fueron propuestas varias soluciones
que situaban al noveno planeta a diferentes distancias del Sol y que atribuían distintas
masas al cuerpo celeste buscado.
En el año 1930 (más exactamente, a fines de 1929), el telescopio sacó por fin de las
tinieblas en los confines del sistema solar un nuevo miembro de la familia planetaria, al que
se le dio el nombre de Plutón. Este descubrimiento fue hecho por el joven astrónomo
Tombaugh. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Plutón gira en una trayectoria muy próxima a una de las órbitas que le fueron asignadas
previamente. Sin embargo de acuerdo con los especialistas, no, se puede ver en esto un
éxito del cálculo; la coincidencia de las órbitas en este caso no es más que una feliz
casualidad.
¿Qué sabemos de este mundo recién descubierto? Hasta ahora, poco. Se encuentra tan
alejado de nosotros y es iluminado tan débilmente por el Sol, que aun con los más potentes
instrumentos resulta difícil medir su diámetro: Éste resultó ser igual a 5900 km, o sea, a
0.47 diámetros terrestres.
Plutón se mueve alrededor del Sol por una órbita bastante alargada (de excentricidad 0.25),
notablemente inclinada (17° ) respecto al plano de la órbita terrestre, a una distancia del Sol
40 veces mayor que la Tierra. Cerca de 250 años emplea el planeta en recorrer este enorme
camino.
En cl cielo de Plutón el Sol brilla 1600 veces más débilmente que en la Tierra. Sé ve como un
pequeño disco de 45 segundos de ángulo, es decir, del mismo tamaño, aproximadamente,
que nosotras vemos a Júpiter. Es interesante, sin embargo, establecer quién brilla más, si el
Sol en Plutón o la Luna llena en la Tierra.
Resulta que el lejano Plutón no está tan desprovisto de luz solar como podría pensarse. La
Luna llena brilla en la Tierra 440000 veces más débilmente que el Sol. En el cielo mismo de
Plutón, el astro diurno es 1600 veces más débil que en la Tierra. Esto quiere decir que el
brillo de la luz solar en Plutón es igual a
440000 / 1600 = 275
es decir, 275 veces más 1600 intensa que la luz de la Luna llena en la Tierra. Si el cielo en
Plutón resultara ser tan claro como en la Tierra (esto es verosímil, ya que Plutón al parecer
está desprovisto de atmósfera), la iluminación diurna de este planeta sería igual a la
iluminación de 275 Lunas llenas, y, al mismo tiempo, 30 veces más clara que la más clara
de las noches blancas de Leningrado. Llamar a Plutón el rey de la noche eterna es, por lo
tanto, erróneo.
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Los planetas enanos
Los nueve planetas mayores de que hasta ahora hemos hablado no constituyen toda la
población planetaria de nuestro sistema solar. Sólo son sus más notables representantes
desde el punto de vista de las dimensiones. Aparte esto, alrededor del Sol giran a diversas
distancias numerosos planetas de tamaño mucho menor. Estos enanos del mundo de los
planetas se llaman asteroides (literalmente, "parecidos a estrellas"), o también, "planetas
menores". El más notable de ellos, Gires, tiene un diámetro de 770 km; es de volumen
mucho menor que la Luna, aproximadamente, un número de veces igual al que la Luna
misma es menor que la Tierra.
Ceres, el primero de los planetas menores, fue descubierto en la primera noche del siglo
pasado (el 1° de enero del año 1801) . Durante el siglo XIX fueron descubiertos más de 400
asteroides. Todos los planetas menores giran alrededor del Sol, entre las órbitas de Marte y
Júpiter. Por esta razón, hasta no hace mucho tiempo se daba por cierto que los asteroides
estaban concentrados, en forma de anillo, en el ancho espacio existente entre las órbitas de
los dos planetas mencionados.
En el siglo XX, y en particular en los últimos años, se ampliaro n los límites de la franja de
asteroides. Ya Eros, descubierto a fines del siglo pasado (en el año 1898), apareció fuera de
dichos límites, puesto que una parte importante de su órbita se encuentra dentro de la
órbita de Marte. En 1920 los astrónomos dieron con el asteroide Hidalgo, cuyo camino cruza
la órbita de Júpiter y llega cerca de la órbita de Saturno. El asteroide Hidalgo es notable por
otro motivo: entre todos los planetas conocidos, posee una de las órbitas más Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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extraordinariamente alargadas (su excentricidad es igual a 0.66), y muy inclinada respecto
al plano de la órbita terrestre, con la que forma un ángulo de 43°.
Observemos de paso que el nombre dado a este planeta lo fue en honor de Hidalgo y
Costilla, glorioso héroe de las luchas de Méjico por su independencia, muerto en el año
1811.
Todavía se ensanchó más la zona de los planetas menores en el año 1936, cuando fue
descubierto un asteroide con una excentricidad de 0.78. El nuevo miembro de nuestro
sistema solar recibió la denominación de Adonis. Una particularidad de este nuevo planeta
menor es que, en el punto más alejado de su camino, se separa del Sol casi a la distancia de
Júpiter y, en su punto más próximo, pasa cerca de la órbita de Mercurio.
Finalmente, en 1949 fue descubierto el planeta menor Ícaro, que tiene una órbita
excepcional. Su excentricidad es igual a 0.83; su máximo alejamiento del Sol es dos veces
mayor que el radio de la órbita terrestre, y el mínimo, alrededor de un quinto de la distancia
de la Tierra al Sol. Ninguno de los planetas conocidos se acerca tanto al Sol como Ícaro.
El sistema de registro de los planetas recién descubiertos no está desprovisto de interés
general, puesto que puede ser aplicado con éxito para fines no astronómicos. Primeramente
se escribe el año del descubrimiento del planeta, y después la letra que señala la mitad del
mes de la fecha de su descubrimiento (el año está dividido en 24 medios meses, que se
indican con las sucesivas letras del alfabeto).
Como en el transcurso de medio mes se descubren frecuentemente varios planetas
menores, se señalan con una segunda letra, por orden alfabético. Si las segundas letras no
bastan, se les agregan números al lado. Por ejemplo 1932 EA1, es el asteroide núm. 25,
descubierto en el año 1932, en la primera mitad de marzo. Tras el cálculo de la órbita del
planeta recién descubierto, éste recibe un número de orden y después un nombre.
De la totalidad de los planetas menores, hasta ahora seguramente sólo una, pequeña parte
es accesible a los instrumentos astronómicos; los restantes escapan a las redes de los
cazadores. De acuerdo con los cálculos, el número de asteroides existentes en el sistema
solar debe ser del orden de 40 a 50000.
Hasta el momento el número de planetas enanos descubiertos por los astrónomos pasa de
mil quinientos; de ellos, más de cien fueron descubiertos por los astrónomos del
observatorio de Simeiz (en Crimea, a orillas del mar Negro), principalmente por el esfuerzo
del entusiasta cazador de asteroides G. N. Neuymin. El lector no se sorprenderá si encuentra
en la lista de los planetas menores nombres tales como "Vladilen" (en honor de Vladimir llich
Lenin), y también "Morosov" y "Figner" (en honor de los célebres revolucionarios rusos),
"Simeiz" y otros. Por el número de los asteroides descubiertos, Simeiz ocupa uno de los
principales puestos entre los observatorios del mundo; por el estudio de los problemas
teóricos relativos a los asteroides, la astronomía soviética también ocupa un puesto de
importancia en la ciencia mundial.
El Instituto de Astronomía Teórica de la Academia de Ciencias de la URSS (en Leningrado)
predice desde hace muchos años las posiciones de gran número de planetas menores y
rectifica la teoría de sus movimientos. El Instituto publica anualmente las posiciones
prefijadas (las llamadas "efemérides") y las envía a todos los observatorios del mundo.
Las dimensiones de los planetas menores varían en extremo. Los grandes, como Ceres o
Palas (490 km de diámetro), son pocos. Unos 70 asteroides poseen un diámetro mayor de
100 km. La mayor parte de los planetas menores conocidos tienen un diámetro de 20 a 40
km. Pero hay muchos del todo "minúsculos" (entre comillas, porque en labios del astrónomo
esta palabra tiene un valor relativo). Aunque falta mucho aún para descubrir todos los
miembros del anillo de asteroides, hay sin embargo razones para afirmar que la masa total
de los asteroides, de los descubiertos y los no descubiertos, constituye cerca de 4/100 de la
masa del globo terrestre. Se supone que hasta ahora se ha descubierto no más del 5% del
número de asteroides que pueden ser captados por los telescopios contemporáneos.
"Pudiera pensarse -escribe nuestro mejor conocedor de estos pequeños planetas, G. N.
Neuymin, que las propiedades físicas de todos los asteroides son aproximadamente las Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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mismas. En realidad, nos encontramos con una variedad sorprendente. Así, por ejemplo, la
capacidad de reflexión determinada para los cuatro primeros asteroides indica que Ceres y
Palas reflejan la luz como las rocas montañosas oscuras de la Tierra, Juno como las rocas
claras y Vesta en forma semejante a las nubes blancas. Esto es tanto más enigmático
cuanto que los asteroides, por su pequeñez, no pueden mantener a su alrededor una
atmósfera. Sin duda están desprovistos de ella, y toda la diferencia en la capacidad de
reflexión debe atribuirse a los materiales mismos de que está constituida la superficie del
planeta."
Algunos planetas menores presentan fluctuaciones de brillo que son testimonio de su
movimiento de rotación y de su forma irregular.
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Nuestros vecinos más próximos
El asteroide Adonis mencionado anteriormente se distingue de los demás por su órbita, que
no sólo es extraordinariamente grande, sino alargada como la de un cometa. Es notable
también porque pasa muy cerca de la Tierra. En el año de su descubrimiento, Adonis pasó a
una distancia de 11/2 millones de km de, la Tierra. Es cierto que la Luna está más cerca de
nosotros; pero la Luna, aunque es mucho mayor que los asteroides, no tiene el rango de
éstos, no es un planeta independiente, sino el satélite de un planeta. Otro asteroide, Apolo,
tiene también derecho a integrar la lista de los planetas más próximos a la Tierra. Este
asteroide pasó, el año en que fue descubierto, a una distancia de sólo 3 millones de km de
la Tierra. Esta distancia debe considerarse (en la escala planetaria) como muy corta, puesto
que Marte no se aproxima a la Tierra a menos de 55 millones de kilómetros y Venus nunca
pasa a menos de 40 millones de kilómetros de nosotros.
Es interesante notar que este asteroide se acerca a Venus todavía mucho más: a sólo 200
000 km, ¡la mitad de la distancia de la Luna a la Tierra! Mayor acercamiento de los planetas
en nuestro sistema no lo conocemos.
Este asteroide vecino nuestro es también notable por ser, uno de los más pequeños planetas
catalogados por los astrónomos. Su diámetro no es mayor de 2 km, y aun quizá menor.
En 1937 fue descubierto el asteroide Hermes, que en ocasiones puede acercarse a la Tierra
a una distancia del mismo orden que la que nos separa de la Luna (500 000 km). Su
diámetro no excede de 1 km. Conviene observar en este ejemplo el valor que tiene en el
lenguaje astronómico la palabra "pequeño". Un asteroide minúsculo como éste, con un
volumen de sólo 0.52 km2, es decir, de 520.000.000 m3, si fuera de granito, pesaría
aproximadamente 1.500.000.000 toneladas.
Con este material podrían hacerse 300 monumentos como la pirámide de Cheops. Ya ven
ustedes cómo ha de entenderse la palabra "pequeño" cuando es utilizada por los
astrónomos.
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Los acompañantes de Júpiter
Entre los 1600 asteroides conocidos hasta ahora se destaca por sus notables movimientos
un grupo formado por quince planetas menores que recibieron denominaciones de héroes de
la guerra de Troya: Aquiles, Patroclo, Héctor, Néstor, Príamo, Agamenón, etc. Cada
"troyano" gira alrededor del Sol de tal modo, que el asteroide, Júpiter y el Sol, en cualquier
momento, ocupan los vértices de un triángulo equilátero. Los "troyanos" se pueden
considerar como acompañantes particulares de Júpiter, al que escoltan manteniéndose a
gran distancia: algunos se encuentran 60° delante de Júpiter; otros van detrás, igual
número de grados, y todos completan una vuelta alrededor del Sol en el mismo tiempo.
El equilibrio de ese triángulo planetario es interesante. Si un asteroide saliera de su posición,
la fuerza de gravitación lo haría volver a su sitio.
Mucho antes del descubrimiento de los "troyanos", la posibilidad de semejante equilibrio
móvil de tres cuerpos sometidos a la gravitación fue predicha por el matemático, francés Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Lagrange, en virtud de investigaciones teóricas por él realizadas. Lagrange estudió este caso
como un problema matemático interesante, y pensó que quizás en algún lugar del espacio
se daba realme nte una relación semejante. La búsqueda cuidadosa de los asteroides
condujo al descubrimiento, dentro de los límites del sistema planetaria mismo, de un
ejemplo real del caso previsto teóricamente por Lagrange. Esto pone claramente de
manifiesto la importancia que tiene para el desarrollo de la astronomía el estudio cuidadoso
de los numerosos cuerpos celestes comprendidos en la denominación de planetas menores.
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Los cielos ajenos
Ya hemos efectuado un vuelo imaginario a la superficie de la Luna y echado desde allá una
mirada a nuestra Tierra y a otros astros.
Visitemos ahora mentalmente los planetas del sistema solar y admiremos desde allí el
espectáculo del cielo.
Empecemos por Venus. Si la atmósfera fuera allí suficientemente transparente, veríamos el
disco del Sol con doble superficie de como lo vemos en nuestro cielo (figura 68).
En correspondencia con esto, el Sol derrama sobre Venus doble cantidad de calor y de luz
que sobre la Tierra. En el cielo nocturno de Venus nos sorprendería una estrella de brillo
extraordinario. Es la Tierra, que brilla allí con luz mucho más intensa que Venus para
nosotros, aunque las dimensiones de ambos planetas son casi las mismas. Es fácil
comprender por qué esto es así.
Venus gira alrededor del Sol más cerca que la Tierra. Por esta razón, en la época de su
mayor aproximación a la Tierra no podemos verlo, pues dirige hacia nosotros su parte no
iluminada. Tiene que alejarse un poco a un lado para hacerse visible, y entonces su luz nos
llega solamente en forma de una hoz fina que constituye una parte pequeña del disco de
Venus.
Figura 68. Dimensiones aparentes del Sol desde la Tierra y desde otros
planetas.
Nuestra Tierra, en el cielo de Venus, en la época de su mayor aproximación a éste, brilla
como un disco entero, igual que para nosotros Marte cuando se halla en oposición. En
resumen, la Tierra, en el cielo de Venus, encontrándose en su fase plena, brillará seis veces
más intensamente que Venus para nosotros en la época de su mayor brillo, siempre que el
cielo de nuestro vecino sea completamente claro. Sin embargo, sería erróneo pensar que el
brillo de la Tierra, regando copiosamente la mitad nocturna de Venus, puede ser causa de su
"luz cenicienta". La iluminación de Venus por la Tierra es de igual intensidad que la
iluminación producida por una bujía normal a una distancia de 35 m. Esto, evidentemente,
no es suficiente para producir el fenómeno de la "luz cenicienta". Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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En el cielo de Venus, a la luz de la Tierra se le añade frecuenteme nte la luz de nuestra Luna,
la cual brilla allí cuatro veces más que Sirio. Es dudoso que haya en todo el sistema solar un
cuerpo más brillante que el astro doble Tierra-Luna que embellece el cielo de Venus. Un
observador situado en Venus vería, una buena parte del tiempo, la Tierra y la Luna
separadas, y con el telescopio distinguiría además detalles de la superficie lunar.
Otro planeta que brilla mucho en el cielo de Venus es Mercurio, que viene a ser su lucero
matutino y vespertino. A propósito de esto, digamos que también desde la Tierra Mercurio
se ve como una estrella brillante ante la cual resulta pálida la luz de Sirio. Este planeta brilla
en Venus casi tres veces más intensamente que en la Tierra. En compensación, Marte brilla
con luz 21/2 veces más débil, casi más apagado que para nosotros Júpiter.
En lo que se refiere a las estrellas fijas, el contorno de las constelaciones es exactamente el
mismo en el cielo de todos los planetas del sistema solar. Desde Mercurio, desde Júpiter,
desde Saturno, desde Neptuno, desde Plutón, veríamos los mismos dibujos formados por las
estrellas. Tan grande es el alejamiento de las estrellas en comparación con las distancias
planetarias.
Salgamos de Venus hacia el pequeño Mercurio; entramos en un extraño mundo desprovisto
de atmósfera que no conoce la sucesión de los días y las noches. El Sol pende allí inmóvil en
el cielo, como un disco gigantesco, seis veces mayor (en superficie) que en la Tierra (figura
68). Nuestro planeta, en el cielo de Mercurio, brilla aproximadamente con doble intensidad
que Venus en nuestro cielo. El mismo Venus brilla allí con desusado fulgor. Ninguna otra
estrella o planeta en ninguna parte de nuestro sistema brilla tan deslumbrante como Venus
en el cielo negro y sin nubes de Mercurio.
Dirijámonos a Marte. El Sol parecería desde allí un disco tres veces más pequeño en
superficie que desde la Tierra (figura 68). Nuestro propio planeta brilla en el cielo de Marte
como lucero matutino y vespertino, igual que Venus para nosotros, pero más pálido que
éste, aproximadamente como nosotros vemos a Júpiter. La Tierra nunca se vería desde allí
en su fase llena. Los marcianos no podrían ver en un momento dado más de las 3/4 partes de
su disco. Desde Marte, nuestra Luna sería visible a simple vista como una estrella casi tan
brillante como Sirio. Con el telescopio se verían las fases de la Tierra y las de la Luna. Mucha
mayor atención despertaría en el cielo marciano Fobos, el satélite próximo a Marte. A pesar
de sus ínfimas dimensiones (10 km de diámetro), se encuentra tan cerca de Marte que, en
el período de "Fobos lleno", brilla 25 veces más claro que Venus para nosotros. El segundo
satélite, Deimos, es mucho menos brillante, pero también eclipsa la luz de la Tierra en el
cielo de Marte. A pesar de sus pequeñas dimensiones, Fobos está tan cerca de Marte que
desde éste sus fases se verían muy bien. Un hombre de buena agudeza visual seguramente
observaría también las fases de Deimos (Deimos sería visible desde Marte según un ángulo
de 1', y Fobos, según un ángulo de cerca de 6') .
Antes de dirigirnos más lejos, detengámonos algo en la superficie del satélite más próximo a
Marte. Veríamos desde allí un espectáculo absolutamente excepcional: en el cielo brillaría,
cambiando rápidamente sus fases, un disco gigante, algunos miles de veces más brillante
que nuestra Luna. Es el planeta Marte. Su disco ocupa en el cielo 41°, es decir, es 80 veces
mayor que la Luna para nosotros. Sólo en el satélite más próximo a Júpiter se podría
observar un espectáculo celeste semejante.
Trasladémonos ahora a la superficie del planeta gigante que acabamos de mencionar. Si el
cielo de Júpiter fuera claro, el Sol se vería en él como un disco de superficie 25 veces menor
que en nuestro cielo (figura 68), y otras tantas veces menos brillaría allí. Al breve día de 5
horas le sigue rápidamente la noche. Puestos a buscar sobre el fondo de estrellas los
planetas conocidos, los encontraríamos, pero ¡qué cambiados!
Mercurio se perdería totalmente en los rayos del Sol; Venus y la Tierra podrían observarse
con el telescopio sólo en los crepúsculos, pues se pondrían al mismo tiempo que el Sol8; y
8 La Tierra brilla en el cielo de Júpiter como una estrella de octava magnitud. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
19
Marte sería apenas visible. En compensación, Saturno rivalizaría ventajosamente en brillo
con Sirio.
Figura 69. Posible curvatura de los rayos luminosos en al
atmósfera de Júpiter. (Sobre las consecuencias de este
fenómeno, ver el texto).
En el cielo de Júpiter ocupan un lugar importante sus lunas; los satélites I y II son
aproximadamente tan brillantes como la Tierra en el cielo de Venus, el III es tres veces más
brillante que la Tierra vista desde Venus, y los IV y V, varias veces más brillantes que Sirio.
En cuanto a sus dimensiones, los diámetros aparentes de los cuatro primeros satélites serían
mayores que el diámetro aparente del Sol. Los tres primeros satélites se sumergen en cada
revolución en la sombra de Júpiter, de modo que en las fases de plenitud del disco nunca
serían visibles. En este planeta también se producen eclipses totales de Sol, pero la zona de
visibilidad de esos eclipses ocupa sólo una estrecha franja en la superficie de Júpiter.
La atmósfera de Júpiter quizás no sea tan transparente como la de la Tierra, pues es
demasiado alta y densa. La gran densidad de la atmósfera puede dar lugar en Júpiter a
fenómenos ópticos muy originales debidos a la refracción de la luz. En la Tierra, la refracción
de los rayos luminosos por la atmósfera es muy poco, importante y ocasiona solamente una
elevación (óptica) de los astros en el cielo.
Pero por la mayor altura y densidad de su atmósfera, en Júpiter son posibles fenómenos
ópticos mucho más notables. Los rayos que salen muy inclinados de un punto de su
superficie (figura 69) no abandonan la atmósfera y se encorvan hacia la superficie del
planeta como las ondas de radio en la atmósfera terrestre. Un observador que se encontrara
en este punto podría ver algo inusitado. Le parecería que está en el fondo de una taza
gigantesca. Dentro de la taza estaría distribuida casi toda la superficie del gigantesco
planeta, cuyos contornos cerca de los bordes estarían muy apretados. Y sobre la taza se
extendería el cielo, no el medio cielo que nosotros vemos, sino casi todo el cielo, aunque
desdibujado y confuso en los bordes de la taza. El astro diurno nunca abandonaría este
extraño cielo y el Sol de medianoche podría ser visto desde cualquier punto del planeta. Que
realmente se den en Júpiter estas condiciones excepcionales, es cosa que hasta ahora,
naturalmente, nadie puede afirmar con certeza.
Un espectáculo igualmente inusitado resultaría el mismo Júpiter visto desde sus satélites
más próximos (figura 70). Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
20
Por ejemplo, desde el V satélite (el más cercano) el disco gigante del planeta tendría un
diámetro casi noventa veces mayor que nuestra Luna9 y brillaría sólo seis o siete veces más
débilmente que el Sol. Cuando se columpiara sobre el horizonte con su borde inferior, su
borde superior aparecería en la mitad de la bóveda celeste, y al sumergirse en el horizonte,
el disco ocuparía la octava parte de éste. Sobre este disco, que giraría rápidamente,
aparecerían de tie mpo en tiempo circulitos oscuros, las sombras de las lunas de Júpiter, que
no pueden, como es natural, oscurecer en forma notable al planeta gigante.
Figura 70. Júpiter observado desde su tercer satélite.
Trasladados al siguiente planeta, a Saturno, estudiemos sólo en qué forma se presentarían,
a un observador situado en él, los famosos anillos de este planeta. Resulta, ante todo, que
los anillos no serían visibles desde todos los puntos de la superficie de Saturno. Desde los
polos hasta los paralelos 64° serían totalmente invisibles. En el límite de estos casquetes
polares podría verse apenas el borde exterior del anillo externo (figura 71) . A partir del
paralelo 64° y hasta el paralelo 50°, las condiciones de visibilidad de los anillos
aumentarían; siempre sería visible su mayor parte, y en el paralelo 50°, el observador
podría ya admirar toda la extensión de los anillos, los cuales se presentarían allí en su
ángulo mayor: 12°. Más cerca del ecuador del planeta, los anillos se reducirían para el
observador, aunque se elevarían más en el horizonte. En el ecuador mismo de Saturno,
podrían verse en forma de una franja muy estrecha que cruza la bóveda celeste de Oeste a
Este y pasa por el cenit.
Lo dicho no da todavía una idea completa de las condiciones de visibilidad de los anillos. Es
necesario recordar que sólo uno de los lados de los anillos está iluminado; el otro queda en
la sombra. La parte iluminada es visible sólo desde la mitad de Saturno a la cual está
dirigida.
Así, pues, durante una mitad del largo año de Saturno sería posible ver los anillos sólo desde
una mitad del planeta (el resto del año serían visibles desde la otra mitad), principalmente
de día. En las breves horas en que los anillos fueran visibles de noche, se eclipsarían
parcialmente en la sombra del planeta.
Finalmente, todavía queda un detalle interesante: la zona ecuatorial, durante varios años
terrestres, queda oscurecida por los anillos.
El cuadro más fantástico del cielo, sin duda alguna, es el que descubriría un observador
desde uno de los satélites más próximos a Saturno. Este planeta, con sus anillos,
particularmente en las fases no llenas en que Saturno fuera visible en forma de hoz,
constituiría un espectáculo como no se podría contemplar desde ningún otro punto de
9 El diámetro angular de Júpiter observado desde este satélite es mayor de 44º. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
21
nuestro sistema planetario. En el cielo se dibujaría una hoz gigante cruzada por las franjas
estrechas de los anillos, que se observarían de perfil y, alrededor de ellos, aparecería un
grupo de satélites de Saturno, también en forma de hoz pero de mucho más reducidas
dimensiones.
Figura 71. La visibilidad de los anillos de Saturno para
distintos puntos de la superficie de este planeta. En las
regiones polares, hasta el grado 64, los anillos son
absolutamente invisibles.
La siguiente lista indica, en orden decreciente, los brillos comparativos de distintos astros
vistos desde diversos planetas.
1. Venus desde Mercurio
2. La Tierra desde Venus
3. La Tierra desde Mercurio
4. Venus desde la Tierra.
5. Venus desde Marte.
6. Júpiter desde Marte.
7. Marte desde la Tierra
8. Mercurio desde Venus
9. La Tierra desde Marte
10. Júpiter desde la Tierra
11. Júpiter desde Venus
12. Júpiter desde Mercurio
13. Saturno desde Júpiter
Hemos destacado los números 4, 7 y 10, los planetas vistos desde la Tierra, porque, como
su brillo nos es conocido, pueden servirnos como punto de comparación para apreciar la
visibilidad de los astros en otros planetas.
La lista nos dice claramente que nuestro propio planeta, la Tierra, ocupa, en cuanto a brillo,
uno de los primeros lugares en el cielo de los planetas más próximos al Sol; incluso en el
cielo de Mercurio brilla con luz más viva que Venus y Júpiter para nosotros.
En la sección "La magnitud estelar de los planetas" (capitulo IV), volveremos a hablar con
mayor precisión sobre la valoración del brillo de la Tierra y demás planetas.
Damos, finalmente, una serie de datos numéricos relativos al sistema solar que pueden
servir como información para el lector10.
En las tablas de la página siguiente se dan datos sobre los planetas del sistema solar.
En la figura 72 se da una idea de cómo se ven los planetas con un telescopio no muy
grande, de 100 aumentos. A la derecha, para comparación, se muestra la Luna tal cual se ve
con un aumento similar (es necesario mantener el dibujo a la distancia de visión distinta, es
decir, a 25 cm de los ojos).
10 A quien desee completar sus conocimientos sobre el sistema solar, puedo recomendarle el detallado Curso de
Astronomía General, del profesor S. N. Blazhko, Editorial Técnica del Estado, 1947 Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
22
Diámetro km
volumen (Tierra = 1)
masa (Tierra = 1)
densidad (agua = 1)
Distancia media de la Tierra, km
Sol
1.390.600
1.301.200
333.434
1.41
Luna
3.473
0.0203
0.0123
3.34.
384.400
Arriba, a la izquierda, está representado Mercurio, con el aumento indicado, en su mayor y
en su menor alejamiento de nosotros. Debajo de él, Venus, y después, Marte, el sistema de
Júpiter y Saturno con sus satélites mayores. (Para detalles sobre las dimensiones aparentes
de los planetas, ver mi libro Física recreativa, libro 2, capítulo IX.)
Mercurio en la posición más
cercana (invisible) y en la
más alejado
Venus en la posición más
cercana (invisible), la mayor
hoz visible y en la posición
más alejada
Marte en la posición más
cercana y en la más alejada
Júpiter con los 4 satélites
mayores
Saturno con el satélite
mayor Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 3 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
23
Figura 72. Cómo se ven la Luna y los planetas con un telescopio de 100 aumentos. El
dibujo debe situarse a 25 cm de los ojos; los discos de los planetas y la Luna (página de
la derecha) aparecerán entonces como se ven en un telescopio del aumento indicado
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Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
1
Capítulo Cuarto
LAS ESTRELLAS
Contenido
Por qué las estrellas parecen "estrelladas"
Por qué las estrellas titilan y los planetas brillan serenos
¿Son visibles las estrellas durante el día?
Qué es la magnitud estelar
Álgebra estelar
El ojo y el telescopio
Las magnitudes estelares del Sol y de la Luna
El brillo verdadero de las estrellas y del Sol
La más brillante de las estrellas conocidas
La magnitud estelar de los planetas en el cielo terrestre y en los cielos ajenos
Por qué el telescopio no agranda las estrellas
Cómo fueron medidos los diámetros de las estrellas
Los gigantes del mundo estelar
Un cálculo sorprendente
La materia más pesada
Por qué las estrellas se llaman fijas
Unidades de medida de las distancias interestelares
El sistema de las estrellas más próximas
La escala del universo
* * *
Por qué las estrellas parecen "estrelladas"
Mirando las estrellas a simple vista, las vemos rodeadas de rayos de luz. La causa de este
aspecto radiante de las estrellas está en nuestros ojos, en la insuficiente transparencia del
cristalino, que no tiene una estructura homogénea como un buen cristal, sino filamentosa.
He aquí lo que decía sobre esto Helmholtz (en el tratado Los progresos de la teoría de la
visión)
"Las imágenes de los puntos luminosos percibidas por los ojos presentan rayos irregulares.
La causa de esto se encuentra en el cristalino, cuyas fibras están dispuestas radialmente en
seis direcciones. Los rayos de luz que nos parece salen de los puntos luminosos, por
ejemplo, de las estrellas, de fuegos lejanos, no son más que una manifestación de la
estructura radiada del cristalino. Una prueba de lo general que es esta deficiencia de los ojos
la tenemos en que a una figura radial casi todo el mundo la llama ' estrellada' ".
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
2
Hay un procedimiento para poner remedio a esta deficiencia de nuestro cristalino y ver las
estrellas desprovistas de rayos sin tener que recurrir a la ayuda del telescopio. Este
procedimiento fue indicado hace 400 años por Leonardo da Vinci.
"Mira, escribía él, las estrellas sin rayos luminosos. Esto se puede conseguir
observándolas a través de una pequeña abertura hecha con la punta de una aguja
fina y colocada lo más cerca posible del ojo. Verás las estrellas tan pequeñas, que
ninguna otra cosa puede parecer menor."
Esto no contradice lo dicho por Helmholtz sobre el origen de los "rayos de las estrellas". Por
el contrario, la experiencia descrita confirma su teoría; mirando a través de una abertura
muy pequeña, en el ojo solamente penetra un fino hacecillo luminoso que pasa a través de
la parte central del cristalino y que por esto no sufre la influencia de su estructura radial1.
Si nuestro ojo estuviera construido en forma más perfecta, no veríamos en el cielo
"estrellas" sino puntos brillantes.
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Por qué las estrellas titilan y los planetas brillan serenos
Distinguir a simple vista las estrellas fijas de las "errantes", es decir, de los planetas2, es
muy fácil, incluso no conociendo el mapa del cielo. Los planetas brillan con luz serena; las
estrellas titilan ininterrumpidamente como si se encendieran y vacilaran, cambian su brillo, y
las estrellas que brillan a escasa altura sobre el horizonte cambian además incesantemente
de color.
"Esta luz, dice Flammarion, ya brillante, ya débil, con fulgores intermitentes, ora
blanca, ora verde, ora roja, como los chispeantes reflejos de un límpido diamante,
anima la inmensidad del cielo y nos incita a ver las estrellas como ojos que miran
hacia la Tierra."
Particularmente brillantes y hermosas titilan las estrellas en las noches de helada y en la
época de primavera, y también, después de las lluvias, cuando el cielo se queda
rápidamente sin nubes3. Las estrellas cercanas al horizonte titilan más que las que brillan
altas en el cielo; las estrellas blancas más que las amarillentas y las rojizas.
Como el aspecto radiante, la titilación no es una propiedad inherente a las estrellas mismas;
se origina en la atmósfera terrestre, a través de la cual los rayos provenientes de las
estrellas deben pasar antes de alcanzar el globo del ojo. Si nos eleváramos por encima de la
envoltura gaseosa variable a través de la cual miramos el espacio, no observaríamos la
titilación de las estrellas: allá arriba brillan serenas, con luz fija.
La causa de la titilación es la misma que hace oscilar los objetos alejados cuando, en el
verano, el Sol calienta fuertemente el suelo.
La luz de las estrellas tiene que pasar entonces a través, no de un medio homogéneo, sino
de capas gaseosas de diferentes temperaturas, de diferente densidad, que es lo mismo que
decir de distinto índice de refracción. Es como si en la atmósfera estuvieran esparcidos
innumerables prismas ópticos, lentes convexas y cóncavas, que cambian incesantemente de
posición. Los rayos de luz sufren en ellos innumerables desviaciones de la línea recta, ya
1 Al hablar de los "rayos de las estrellas" no consideramos el rayo que parece extenderse hasta nosotros desde una
estrella cuando la miramos con los ojos entornados; este fenómeno se debe a la difracción de la luz en las pestañas.
2 El significado original de la palabra griega "planeta" es "errante".
3 En verano la titilación intensa constituye una señal de la proximidad de la lluvia, e indica también la proximidad de
un ciclón. Antes de la lluvia, las estrellas tienen más bien coloración azul; antes de un período de sequía, coloración
verde. (Janevsky, Fenómenos luminosos en la atmósfera.) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
3
concentrándose, ya dispersándose, lo cual da lugar a los cambios rápidos en el brillo de las
estrellas. Y como la refracción se acompaña de la dispersión de los colores, junto con la
fluctuación del brillo se observan también los cambios de color.
"Existen, escribe el astrónomo de Pulka, G. A. Tijov, después de estudiar el fenómeno
de la titilación, procedimientos que permiten contar el número de cambios de
coloración que en determinado tiempo se producen en las estrellas que titilan.
Resulta que estos cambios son extraordinariamente rápidos, y que su numero oscila
en muchos casos desde algunas decenas hasta cien y más por segundo. Se puede
verificar esto por un sencillo procedimiento. Tomen un binocular y miren por él una
estrella brillante, dando al extremo del objetivo un rápido movimiento circular.
Entonces, en lugar de una estrella, se ve un anillo formado por muchas estrellas
separadas y de variados colores. Con una menor titilación o con un movimiento muy
rápido del binocular, el anillo estará formado por arcos de distintos colores, de
longitudes grandes y pequeñas."
Queda por explicar por qué los planetas, a diferencia de las estrellas, no titilan, sino que
brillan serenos, con luz fija. Los planetas están mucho más cerca de nosotros que las
estrellas; por eso se les ve, no como puntos, sino como circulitos luminosos, como discos,
aunque de medidas angulares tan pequeñas a consecuencia de su brillo deslumbrante, que
estas dimensiones angulares son casi imperceptibles.
Cada punto separado de uno de esos circulitos titila; pero los cambios de brillo y de color de
los puntos separados se realizan independientemente unos de otros, en distintos momentos,
y así, se compensan; la disminución del brillo de un punto coincide con el aumento del brillo
de otro y, por lo tanto, la intensidad total de la luz del planeta no varía. De lo cual resulta el
brillo constante, sin titilación, de los planetas. Es tanto como decir que no se ve titilar a los
planetas porque titilan en muchos puntos a la vez, pero a distintos tie mpos.
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¿Son visibles las estrellas durante el día?
Durante el día se encuentran sobre nuestras cabezas las mismas constelaciones que medio
año atrás eran visibles de noche y que, seis meses más tarde, nuevamente embellecerán el
cielo nocturno.
La atmósfera iluminada de la Tierra nos impide verlas, ya que las partículas de aire
dispersan los rayos solares en mayor cantidad que la luz que nos envían las estrellas4.
Un sencillo experimento puede hacernos ver claramente esta desaparición de las estrellas a
la luz del día. En la pared lateral de un cajoncito de cartón se hacen agujeritos dispuestos en
forma semejante a alguna constelación y se pega por fuera una hoja de papel blanco. El
cajón se coloca en una pieza oscura y se ilumina interiormente. En la pared agujereada
aparecen entonces nítidamente los agujeritos iluminados desde el interior, que son como las
estrellas en el cielo nocturno. Pero, sin dejar de iluminar interiormente, basta encender en la
pieza una lámpara sufic ientemente luminosa para que las estrellas artificiales de la hoja de
papel desaparezcan del todo esto mismo viene a hacer la "luz del día" que apaga las
estrellas.
A menudo se oye hablar de que, desde el fondo de una mina profunda, de un pozo, de una
chimenea alta, etc., se pueden distinguir las estrellas durante el día. Esta extendida
4 Observando el cielo desde una montaña alta, es decir, teniendo debajo la parte más densa y polvorienta de la
atmósfera, las estrellas más brillantes se pueden ver también durante las horas del día. Así, desde la cumbre del
Ararat (5 km de altura), se distinguen bien las estrellas de primera magnitud a las dos de la tarde; el cielo es allí azul
oscuro. (De modo entraño, sin embargo, el capitán del estratóstato "Osoaviajim", encontrándose a una altura de 21
km, señaló que ninguna estrella era visible, aunque el cielo era allí "negro violáceo" según los apuntes de
Fedoseenko y Vasenko.) Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
4
afirmación, apoyada en la autoridad de personas de renombre, fue hace poco tiempo
sometida a comprobación, pero no resultó confirmada.
En realidad, ninguno de los autores que escribió sobre esto, desde Aristóteles en la
antigüedad hasta John Herschel en el siglo XIX, observó por si mismo las estrellas en
semejantes condiciones. Todos confiaron en el testimonio de terceras personas. Sin
embargo, cuán poco se puede esperar del testimonio de estos testigos presenciales lo indica
el interesante ejemplo siguiente. En un diario americano apareció un artículo relativo a la
visibilidad diurna de las estrellas desde el fondo de los pozos, a la que consideraba una
fantasía. Esta opinión fue enérgicamente refutada en una carta de un granjero, que afirmaba
que él mismo había visto de día a Capela y a Algol desde el fondo de un silo de 20 metros de
altura. El estudio demostró, sin embargo, que a la latitud en que se encontraba la granja del
observador ninguna de las dos estrellas mencionadas se halla en el cenit en la época del año
indicada, y, por consiguiente, no podía ser vista desde el fondo del silo.
Teóricamente carece de fundamento que un pozo o una mina puedan ayudar a ver las
estrellas durante el día. Como ya hemos dicho, las estrellas no son visibles de día porque
están inmersas en la luz del Sol. Esta condición no cambia para los ojos en el fondo de un
pozo. En él se elimina solamente la luz lateral; pero los rayos difundidos por las partículas
de las capas de aire que están encima de la boca del pozo impedirán, como antes, la
visibilidad de las estrellas.
Sin embargo, como las paredes del pozo protegen la vista contra los rayos brillantes del Sol,
esto puede facilitar la observación de los relucientes planetas, pero no la de las estrellas.
Con el telescopio las estrellas son visibles de día, mas de ningún modo, como algunos
piensan, porque miran "desde el fondo del tubo", sino porque la refracción de los rayos en
los cristales o su reflexión en los espejos debilita mucho el brillo de la parte examinada del
cielo, mientras que el brillo de las estrellas mismas (que se presenta en forma de punto) es
por el contrario aumentado. En un telescopio con un objetivo de unos 7 cm de diámetro, se
pueden ver de día estrellas de primera y aun de segunda magnitud. Pero en un pozo, una
mina o una chimenea no tiene aplicación lo dicho.
Otra cosa sucede con los planetas más brillantes: Venus, Júpiter y Marte en oposición. Éstos
brillan mucho más que las estrellas, y por esta razón, en condiciones favorables, pueden ser
vistos también en el cielo diurno (ver sobre esto la sección "Planetas a la luz del día")
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Qué es la magnitud estelar
De la existencia de estrellas de primera, de segunda y de otras magnitudes tienen noticias
incluso las personas más alejadas de la astronomía; es ése un conocimiento muy difundido.
Pero sobre la existencia de estrellas más brillantes que las de primera magnitud, estrellas de
magnitud cero, e incluso de magnitud negativa, posiblemente casi nunca oyeron hablar;
hasta les parece incomprensible que entre las estrellas de magnitud negativa se encuentren
los astros más brillantes del cielo y que nuestro Sol sea una estrella de "-27ª magnitud".
Algunos verán en esto, quizás, incluso una tergiversación del concepto de número negativo.
Y, sin embargo, tenemos aquí precisamente un ejemplo muy claro de aplicación lógica de la
teoría de los números negativos.
Detengámonos detalladamente en la clasificación de las estrellas por sus magnitudes. Quizás
sea necesario recordar que con la palabra "magnitud" se entiende en este caso no una
medida geométrica de las estrellas, sino su brillo aparente. Ya en la antigüedad fueron
distinguidas en el cielo las estrellas más brillantes, las que se encienden en el cielo del
atardecer antes que las demás, y señaladas como estrellas de primera magnitud. Tras ellas
seguían las estrellas de segunda, de tercera, etc., hasta las estrellas de sexta magnitud,
apenas perceptibles a simple vista. Esta clasificación subjetiva de las estrellas por su brillo
no podía satisfacer a los astrónomos de los nuevos tiempos. Fueron elaborados fundamentos
más firmes para la clasificación de las estrellas por su brillo. Se basan en lo siguiente. Se Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
5
halló que las estrellas más luminosas, por término medio, pues no todas tienen igual brillo,
son exactamente 100 veces más brillantes que las estrellas más débiles a simple vista.
La escala de brillo de las estrellas fue confeccionada de modo que la relación entre el brillo
de las estrellas de dos magnitudes inmediatas sea constante. Llamando n a esta "relación
entre las intensidades luminosas", tenemos:
· Las estrellas de 2ª magnitud son n veces más débiles que las estrellas de 1"
magnitud.
· Las estrellas de 3ª magnitud son n veces más débiles que las estrellas de 2ª
magnitud.
· Las estrellas de 4ª magnitud son n veces más débiles que las estrellas de 3ª
magnitud etc.
Si se compara el brillo de las estrellas de las demás magnitudes con el brillo de las estrellas
de primera magnitud, tenemos:
· Las estrellas de 3ª magnitud son n2 más débiles que las estrellas de 1ª magnitud.
· Las estrellas de 4ª magnitud son n3 más débiles que las estrellas de 1ª magnitud.
· Las estrellas de 5ª magnitud son n4 más débiles que las estrellas de 1ª magnitud.
· Las estrellas de 6ª magnitud son n5 más débiles que las estrellas de 1ª magnitud.
De las observaciones resultó que n5 = 100. Calcular ahora la magnitud de la relación entre
las intensidades luminosas es fácil (con ayuda de los logaritmos):
5 . 2 100 5 = = n
Así, pues, las estrellas de cada magnitud estelar son 21/2 veces más débiles que las estrellas
de la magnitud estelar anterior5.
Volver
Álgebra estelar
Consideremos un poco más detalladamente el grupo de estrellas más brillantes. Ya hemos
señalado que el brillo de estas estrellas es distinto: unas brillan varias veces más
intensamente que el término medio, otras son de brillo más débil (el grado medio de su
brillo es 100 veces mayor que el brillo de las estrellas apenas distinguibles a simple vista).
Hallemos la manera de indicar el brillo de las estrellas que son 21/2 veces más brillantes que
el término medio de las estrellas de primera magnitud. ¿Cuál es la cifra que antecede al 1?
La cifra 0. Esto quiere decir que a estas estrellas hay que considerarlas como estrellas de
magnitud "cero". ¿Y dónde poner las estrellas que son más brillantes que las de primera
magnitud, no 21/2 veces, sino 11/2 ó 2 veces? Su lugar está entre 1 y 0, es decir, que la
magnitud estelar de un astro tal se expresa por un número fraccionario positivo; como,
"estrella de magnitud 0.9", "de magnitud 0.6", etc. Estas estrellas son más brillantes que las
de primera magnitud.
Ahora se hace clara también la necesidad de introducir los números negativos para indicar el
brillo de las estrellas. Como hay estrellas que por la intensidad de su luz superan a las de
magnitud cero, es evidente que su brillo debe ser expresado con números que están del otro
lado del cero, es decir, con números negativos. De ahí que haya definiciones de brillo como
"-1", "-2", "-1.6", "-0.9" etc.
5 Un valor más exacto de la relación entre las intensidades luminosas es 2.512. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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En la práctica astronómica la "magnitud" de las estrellas se determina con la ayuda de
aparatos especiales, los fotómetros; el brillo de un astro se compara con el brillo de
determinada estrella cuya luminosidad es conocida o con una "estrella artificial" del aparato.
La estrella más brillante de todo el cielo, Sirio, tiene una magnitud estelar de -1.6. La
estrella Canopo (visible sólo en las latitudes del Sur) tiene una magnitud estelar de -0.9. La
más brillante de las estrellas del hemisferio Norte, Vega, tiene una magnitud de 0.1; Capeta
y Arturo, 0.2; Rigel, 0.3; Proción, 0.5; Altair, 0.9. (Téngase presente que las estrellas de
magnitud 0.5 son más brillantes que las estrellas de magnitud 0.9, etc.)
Damos una lista de las estrellas más brillantes del cielo, con el valor de sus magnitudes
estelares (entre paréntesis se indican los nombres de las constelaciones a que pertenecen)
Sirio (del Can Mayor
Canopo (de Argos)
a del Centauro
Vega (a de la Lira)
Capela (a del Cochero)
Arturo (a del Boyero)
Rigel (b de Orión)
Proción (a del Can Mayor)
Achernar (a de Erídano)
b del Centauro
Betelgeuse (a de Orión)
Altaír (a del Águila)
Aldebarán (a del Tauro)
Pólux (b de Géminis)
Espiga (a de Virgo)
Antares (a de Escorpión)
Fomalhaut (a del Pez Austral
Deneb (a del Cisne)
Régulo (a de Leo)
-1.6
-0.9
0.1
0.1
0.2
0.2
0.3
0.5
0.6
0.9
0.9
0.9
1.1
1.1
1.2
1.2
1.2
1.3
1.3
1.3
Examinando esta lista vemos que estrellas que sean exactamente de primera magnitud no
hay ninguna: de las estrellas de magnitud 0.9, la lista pasa a las estrellas de magnitud 1.1,
1.2, etc., saltando la magnitud 1.0 (primera). La estrella de primera magnitud no es más,
por consiguiente, que un patrón convencional del brillo, pero en el cielo no hay ninguna.
No debe pensarse que la clasificación de las estrellas en magnitudes está determinada por
las propiedades físicas de las estrellas mismas. La clasificación surge de las particularidades
de nuestra visión y es consecuencia de una ley común a todos los órganos de los sentidos
llamada "ley psicofísica" de Weber-Fechner. Aplicada a la visión, esta ley dice que cuando la
intensidad de un foco de luz cambia en progresión geométrica, la sensación de brillo cambia
en progresión aritmética. (Es cosa curiosa que la valoración de la intensidad de los sonidos y
de los ruidos la hagan los físicos siguiendo el mismo principio que para la medida del brillo
de las estrellas. Detalles sobre esto los encontrará el lector en mis libros (Física recreativa y
Álgebra recreativa.)
Conociendo ya la escala astronómica de brillo de las estrellas, hagamos algunos cálculos
útiles. Calculemos, por ejemplo, cuántas estrellas de tercera magnitud hay que tomar juntas
para que brillen como una de primera magnitud. Sabemos que las estrellas de tercera
magnitud son más débiles que las de primera magnitud, 2.52, es decir, 6.3 veces; esto nos
dice que para igualar el brillo de una estrella de primera magnitud son suficientes 6.3 de
tales estrellas. Para tener el brillo de una estrella de primera magnitud, es necesario tomar Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
7
15.8 de la cuarta magnitud, etc. Con cálculos semejantes6 se hallaron los números que
figuran en la tabla que sigue.
Para remplazar a una estrella de primera magnitud son necesarios los siguientes números de
estrellas de otras magnitudes:
De 2ª
De 3ª
De 4ª
2.5
6.3
16
De 5ª
De 6ª
De 7ª
40
100
250
De 10ª
De 11ª
De 16ª
4.000
10.000
1.000.000
Con la séptima magnitud entramos ya en el mundo de las estrellas que son imperceptibles a
simple vista. Las estrellas de 16ª magnitud sólo se distinguen con los telescopios más
potentes; para que fuera posible verlas a simple vista, la sensibilidad del ojo debería
aumentar 10.000 veces. Entonces las veríamos tal cual vemos ahora las estrellas de sexta
magnitud.
En la tabla anterior no figuran, evidentemente, las estrellas que están "antes de las de
primera" magnitud.
Llegamos el cálculo también para algunas de ellas. Las estrellas de magnitud 0.5 (Proción)
son más brillantes que las de primera magnitud 2.5 05, es decir, una vez y media. Las
estrellas de magnitud -0.9 (Canopo) son más brillantes que las de primera magnitud 2.519, o
sea, 5.8 veces, y las estrellas de magnitud -1.6 (Sirio), 2.52.6 , es decir, 10 veces.
Finalmente, es interesante este otro calculo: ¿cuántas estrellas de primera magnitud serian
necesarias para remplazar la luz de todo el cielo estrellado visible a simple vista?
Supongamos que en un hemisferio celeste hay 10 estrellas de primera magnitud. Se ha
observado que el número de estrellas de una magnitud es aproximadamente tres veces
mayor que el número de estrellas de la magnitud anterior, y que su brillo es 2.5 veces
menor. Por lo tanto, el número de estrellas buscado es igual a la suma de los términos de la
progresión:
÷ø
ö
çè æ ´ ´ + + ÷ø
ö
çè
æ ´ ´ + ÷ø
ö
çè
æ ´ ´ + 5
5
2
2
5 . 2
1
3 10 ...
5 . 2
1
3 10
5 . 2
1
3 10 10
Tenemos
95
1
5 . 2
3
10
5 . 2
3
10
6
=
-
- ÷ø ö
çè
æ ´
Así, pues, el brillo total de todas las estrellas visibles a simple vista en un hemisferio es
aproximadamente igual a cien estrellas de primera magnitud (o una estrella de 4ª magnitud,
-6.6).
Si se hace un cálculo semejante teniendo en cuenta no sólo las estrellas visibles a simple
vista, sino todas las que son accesibles a los telescopios contemporáneos, resulta que su luz
total es igual en intensidad al brillo de 1.100 estrellas de primera magnitud (o una estrella
de magnitud -6.6).
Volver
El ojo y el telescopio
6 Los cálculos resultan fáciles porque el logaritmo de la relación entre las intensidades luminosas es un número
sencillo, 0.4. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
8
Comparemos la observación telescópica de las estrellas con la observación a simple vista.
Fijemos el diámetro de la pupila del ojo humano para las observaciones nocturnas en 7 mm,
como término medio. Un telescopio con un objetivo de 5 cm de diámetro deja pasar más
rayos que la pupila
2
7
5
÷ø
ö
çè
æ
veces, es decir, aproximadamente, 50 veces más, y con un diámetro de 50 cm, 5.000 veces
más. He ahí las veces que el telescopio aumenta el brillo de las estrellas observadas con él.
(Lo dicho se refiere solamente a las estrellas y no a los planetas, que tienen un disco visible.
Para el cálculo del brillo de los planetas debe tenerse en cuenta, además, el aumento óptico
del telescopio.)
Sabiendo esto, puede usted calcular cuál debe ser el diámetro del objetivo de un telescopio
para que en él sean visibles estrellas de una u otra magnitud; pero para esto es necesario
saber hasta qué magnitud son visibles las estrellas en un telescopio con un objetivo de
diámetro conocido. Supongamos, por ejemplo, que en un telescopio con abertura de 64 cm
de diámetro se pueden distinguir estrellas hasta de 15ª magnitud inclusive. ¿Qué objetivo es
necesario disponer para ver estrellas de la magnitud siguiente, es decir, de 16ª magnitud?
Establezcamos la proporción
5 . 2
642
2
=
x
donde x es el diámetro buscado del objetivo. Tenemos
cm x 100 5 . 2 64 " =
Se necesita un telescopio con un objetivo de un metro de diámetro. Generalizando, para
aumentar la visibilidad del telescopio en una magnitud estelar, es necesario multiplicar el
diámetro de su objetivo por 5 . 2 , es decir, aumentarlo 1.6 veces.
Volver
Las magnitudes estelares del Sol y de la Luna
Prosigamos nuestra excursión algebraica por el cielo. La escala que se utiliza para apreciar el
brillo de las estrellas puede ser usada también para otros astros: los planetas, el Sol y la
Luna. Más adelante hablaremos del brillo de los planetas; ahora nos referiremos a las
magnitudes estelares del Sol y de la Luna. La magnitud estelar del Sol se expresa con el
número -26.8, y la de la Luna llena7, con el número -12.6. Por lo dicho anteriormente, el
lector sin duda comprende por qué ambos números son negativos. Pero puede ser que
quede perplejo ante una diferencia que no parece ser muy grande entre las magnitudes
estelares del Sol y de la Luna. La primera parece ser sólo dos veces mayor que la segunda.
No olvidemos, sin embargo, que el valor de la magnitud estelar es en realidad un logaritmo
(de base 2.5). Y como para comparar dos números no podemos dividir uno por otro sus
logaritmos, no tiene sentido que dividamos entre sí las magnitudes de las estrellas cuando
queremos comparar su brillo. El resultado de una comparación correcta se muestra en el
cálculo que sigue.
Que la magnitud estelar del Sol es de -26.8 quiere decir que el Sol es más brillante que una
estrella de primera magnitud.
7 En el primero y en el último cuartos de la Luna, su magnitud estelar es igual a -9. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
9
2.5 27.8 veces
La Luna misma es más brillante que una estrella de primera magnitud
2.515.8 veces
O sea, que el brillo del Sol es mayor que el brillo de la Luna llena
veces 2 . 14
6 . 13
8 . 27
5 . 2
5 . 2
5 . 2
"
Calculada esta potencia (con ayuda de la tabla de logaritmos) resulta 447.000. Ésta es, por
consiguiente, la relación exacta entre los brillos del Sol y de la Luna: el astro diurno, en un
día claro, ilumina a la Tierra 447.000 veces más intensamente que la Luna llena en una
noche sin nubes.
Admitiendo que la cantidad de calor desprendido por la Luna es proporcional a la cantidad de
luz que emite (lo cual, sin duda, se aproxima a la realidad), hay que suponer que la Luna
nos envía también una cantidad de calor 447 000 veces menor que el Sol. Es sabido que
cada centímetro cuadrado, en el límite de la atmósfera terrestre, recibe del Sol alrededor de
2 calorías pequeñas por minuto. De donde resulta que la Luna irradia sobre 1 cm2 de la
Tierra, en cada minuto, no más de 1/225.000 de caloría pequeña (es decir, puede calentar 1
gramo de agua en 1 minuto a 1/225.000 °C). Esto nos dice claramente cuán sin fundamento
son los intentos de atribuir a la luz de la Luna influencia en el clima de la Tierra 8.
La difundida opinión de que las nubes se esfuman frecuentemente bajo la acción de los
rayos de la Luna llena es un burdo error, que se explica porque la desaparición de las nubes
durante la noche (originada por otras causas) se puede observar solamente a la luz de la
Luna.
Dejemos ahora la Luna y calculemos cuántas veces brilla más el Sol que Sirio, la más
brillante de las estrellas de todo el cielo. Razonando como antes, tenemos la relación de sus
brillos
000 . 000 . 000 . 10
5 . 2
5 . 2
6 . 2
8 . 27
=
es decir, que el Sol es diez mil millones de veces más brillante que Sirio.
Es muy interesante también el cálculo siguiente: ¿cuántas veces la iluminación proveniente
de la Luna llena es más brillante que la iluminación de todo el cielo estrellado, es decir, de
todas las estrellas visibles a simple vista en un hemisferio celeste? Hemos calculado ya que
las estrellas de primera a sexta magnitud inclusive brillan juntas como un centenar de
estrellas de primera magnitud. Por consiguiente, el problema se reduce a calcular cuántas
veces es más brillante la Luna que cien estrellas de primera magnitud.
Esta relación es igual a
700 . 2
100
5 . 2 6 . 13
=
8 El problema de si puede o no influir la Luna en el clima con su fuerza gravitacional será examinado al final del
libro (ver "La Luna y el clima"). Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
10
Así, pues, en una noche clara sin Luna recibimos de las estrellas del cielo sólo 1 / 2700 de la
luz que nos envía la Luna llena y 1 / (2.700 ´ 447.000) es decir, 1200 millones de veces
menos de la que nos llega del Sol un día sin nubes.
Agreguemos aún que la magnitud estelar de una bujía normal internacional a la distancia de
1 m es igual a -14.2; de donde resulta que la bujía, a la distancia indicada, ilumina con más
brillo que la Luna llena 2.514.2 - 12.6 o sea, cuatro veces.
No deja quizás de tener interés señalar también que un proyector de un faro de una
potencia de 2 mil millones de bujías sería visible a la distancia de la Luna como una estrella
de magnitud 4.5, es decir, que podría distinguirse a simple vista.
Volver
El brillo verdadero de las estrellas y del Sol
Toda la evaluación del brillo que hemos hecho hasta ahora se refería sólo al brillo aparente.
Los números dados expresan el brillo de los astros a las distancias a que realmente se
encuentran. Pero sabemos que las estrellas se hallan a muy distintas distancias de la Tierra;
el brillo aparente de las estrellas nos permite juzgar de su brillo verdadero y de su
alejamiento de nosotros; más exactamente, ni de lo uno ni de lo otro hasta que no hayamos
deslindado bien ambos factores. Entretanto, es importante saber cuál sería el brillo
comparativo o, coma se dice, la "luminosidad" de las distintas estrellas si todas se
encontraran a la misma distancia de nosotros.
Planteado así el problema, los astrónomos introducen el concepto de magnitud estelar
"absoluta" de las estrellas. Magnitud estelar absoluta de una estrella es la que tendría la
estrella si se encontrara a la distancia de 10 "pársecs" de nosotros. El "pársec" es una
medida especial de longitud que se emplea para expresar las distancias estelares.
Sobre su origen hablaremos más adelante. Ahora diremos solamente que un pársec es igual,
aproximadamente, a 30.800.000.000.000 km. El cálculo de la magnitud estelar absoluta no
es difícil de hacer si se conoce la distancia de las estrellas y se tiene en cuenta que el brillo
disminuye proporcionalmente al cuadrado de la distancia 9.
Pondremos al lector en conocimiento de los resultados de sólo dos cálculos: de los hechos
para Sirio y para nuestro Sol.
La magnitud absoluta de Sirio es +1.3 y la del Sol es +4.8. Es decir que, desde una
distancia de 30 800 000 000 000 km, Sirio brillaría para nosotros como una estrella de
magnitud 1.3, y nuestro Sol como una estrella de magnitud 4.8, o sea, más débil que Sirio
veces 25 5 . 2
5 . 2
5 . 2 5 . 3
3 . 0
8 . 3
= =
aunque el brillo aparente del Sol es 10.000.000.000 de veces mayor que el de Sirio.
Acabamos de ver que el Sol no es ni remotamente la más brillante de las estrellas del cielo.
No se debe, sin embargo, considerar a nuestro Sol como un pigmeo entre las estrellas que lo
rodean: su luminosidad es superior a la media. Según
2
1 . 0
5 . 2 5 . 2 ÷ø
ö
çè
æ =
p m M
donde M es la magnitud estelar absoluta de la estrella m su magnitud aparente y 2p la
paralaje de la estrella en segundos. Podemos hacer las transformaciones siguientes:
9 El cálculo puede hacerse por la fórmula siguiente, cuyo fundamento comprenderá claramente el lector cuando más
adelante conozca mejor lo que es el "pársec" y lo que es la "paralaje". Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
11
p
p
p
lg 2 2 4 . 0 4 . 0
lg 2 5 . 2 lg 5 . 2 lg
100 5 . 2 5 . 2 2
+ + =
+ =
´ =
m M
m M
m M
de donde
M = m + 5 + 5 lg p
Para Sirio, por ejemplo, m = -1.6 p = 0.38". Su magnitud absoluta es, pues,
M = 1.6 +5 +lg 0.38 = 1.3
los datos de la estadística estelar, el término medio de luminosidad de las estrellas que
rodean al Sol hasta una distancia de 10 pársecs resulta igual a la luminosidad de una
estrella de novena magnitud absoluta. Como la magnitud absoluta del Sol es igual a 4.8,
éste es más brillante que el término medio de las estrellas "vecinas"
veces 50 5 . 2
5 . 2
5 . 2 2 . 4
8 . 3
8
= =
Siendo en valor absoluto 25 veces menos brillante que Sirio, el Sol es, sin embargó, 50
veces más brillante que el término medio de las estrellas que lo rodean.
Volver
La más brillante de las estrellas conocidas
La mayor luminosidad conocida es la de una estrellita de octava magnitud imperceptible a
simple vista de la constelación de la Dorada, designada con la letra S. La constelación de la
Dorada se encuentra en el hemisferio Sur del cielo y no es visible en las zonas templadas del
hemisferio Norte. La estrellita mencionada forma parte de un sistema estelar vecino de la
Tierra, la Pequeña Nube de Magallanes, cuya distancia a nosotros es, aproximadamente,
12000 veces mayor que la distancia de Sirio. A semejante distancia, esa estrella tiene que
poseer un brillo excepcional para llegar a parecernos de octava magnitud. Sirio, situado a
esa misma distancia, brillaría como una estrella de 17ª magnitud, es decir, apenas sería
visible con el más potente de los telescopios.
Cuál es, pues, la luminosidad de esta notable estrellad El cálculo da este resultado: menos
octava magnitud. Esto quiere decir que nuestra estrella es en valor absoluto ¡unas 400 000
veces más brillante que el Sol! Con tan excepcional brillo, si esta estrella estuviera a la
distancia de Sirio, parecería de nueve magnitudes más brillante que éste, o sea, que tendría
aproximadamente el brillo de la Luna en cuarto creciente. Una estrella que a la distancia de
Sirio derramaría sobre la Tierra tan brillante luz, tiene indiscutiblemente derecho a ser
considerada como la más brillante de las estrellas conocidas.
La magnitud estelar de los planetas en el cielo terrestre y en los cielos ajenos
Volvamos ahora al viaje imaginario a otros planetas (expuesto en la sección "Los cielos
ajenos") y valoremos con mayor precisión el brillo de los astros que en ellos alumbran. Ante
todo señalemos la magnitud estelar de los planetas cuando lucen con su máximo brillo en el
cielo de la Tierra. He aquí la tabla
En el cielo terrestre:
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
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12
Venus
Marte
Júpiter
Mercurio
-4.3
-2.8
-2.5
-1.2
Saturno
Urano
Neptuno
-0.4
+5.7
+7.6
Examinándola, vemos que Venus es más brillante que Júpiter casi dos magnitudes estelares,
es decir, 2.52 = 6.25 veces; más que Sirio, 2.527 = 13 veces (el brillo de Sirio es de
magnitud -1.6).
En el cielo de Marte En el cielo de
Venus
El Sol
Fobos
Deimos
Venus
Júpiter
La Tierra
Mercurio
Saturno
-26
-8
-3.7
-3.2
-2.8
-2.6
-0.8
-0.6
El Sol
La Tierra
Mercurio
Júpiter
La Luna
Saturno
-27.5
-6.6
-2.7
-2.4
-2.4
-0.3
En el cielo de Júpiter
El Sol
Satélite I
Satélite II
Satélite III
-23
- 7.7
- 6.4
- 5.4
Satélite IV
Satélite V
Saturno
Venus
3.3
- 2.8
-2
- 0.3
De esta tabla resulta también que el pálido planeta Saturno es aún más brillante que todas
las estrellas fijas, con excepción de Sirio y de Canopo. Aquí encontramos una explicación del
hecho de que los planetas (Venus, Júpiter) son a veces visibles de día a simple vista, cosa
imposible para las estrellas.
Magnitud estelar
Venus desde Mercurio
La Tierra desde Venus
La Tierra desde Mercurio
Venus desde la Tierra
Venus desde Marte
Júpiter desde Marte
Marte desde la Tierra
Mercurio desde Venus
La Tierra desde Marte
Júpiter desde la Tierra
Júpiter desde Venus
Júpiter desde Mercurio
Saturno desde Júpiter
-7.7
-6.6
-5
-4.3
- 3.2
-2.8
-2.8
- 2.7
-2.6
-2.5
-2.4
-2,2
- 2
Damos igualmente tablas del brillo de los astros en los cielos de Venus, de Marte y de
Júpiter, sin nuevas aclaraciones, puesto que ellas constituyen solamente una expresión
cuantitativa de lo que ya hemos dicho en la sección "Los cielos ajenos"
Al evaluar el brillo de los planetas en el cielo de sus propios satélites debe ponerse en primer
lugar a Marte "lleno" en el cielo de Fobos (-22.5); después, a Júpiter "lleno" en el cielo del
satélite V (-21), y a Saturno "lleno" en el cielo de su satélite Mimas (-20). En este satélite,
Saturno es ¡sólo cinco veces menos brillante que el Sol! Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
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13
Es interesante, por último, la siguiente tabla del brillo de los planetas observados unos
desde otros, en la que aparecen dispuestos por orden decreciente de brillo.
La tabla indica que en el cielo de los planetas mayores, los astros más brillantes son: Venus
observado desde Mercurio, la Tierra vista desde Venus y la Tierra vista desde Mercurio.
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Por qué el telescopio no agranda las estrellas
A las personas que por primera vez dirigen un catalejo a las estrellas fijas, les llama la
atención que el tubo, que aumenta notablemente la Luna y los planetas, en nada aumenta
las dimensiones de las estrellas, y que incluso las disminuye, convirtiéndolas en un punto
brillante que no forma disco. Esto lo notó ya Galileo, que fue el primer homb re que observó
el cielo con un telescopio. Describiendo las primeras observaciones realizadas con el anteojo
de su invención, dice:
"Es digno de ser señalado que la observación con el telescopio resulta distinta para
los planetas y para las estrellas fijas. Los planetas aparecen como circulitos
claramente dibujados, como pequeñas lunas. Las estrellas fijas no tienen contornos
perceptibles. El telescopio aumenta solamente su brillo, de modo que las estrellas de
5ª y 6ª magnitud se hacen por el brillo igual a Sirio, que es la más brillante de las
estrellas fijas."
Para explicar esta incapacidad del telescopio en cuanto a las estrellas, es necesario recordar
algo de la fisiología y de la física de la visión. Cuando seguimos con la vista a un hombre que
se aleja de nosotros, su imagen en la retina se hace cada vez más pequeña. A una distancia
suficiente, la cabeza y las piernas del hombre se aproximan tanto en la retina, que no caen
ya en distintos elementos (terminaciones nerviosas), sino en uno solo, y entonces la figura
del hombre nos parece un punto desprovisto de forma.
Figura 73. La misma estrella e de la Lira (que se halla cerca de
Vega), vista a simple vista (1), con el catalejo (2) y con el
telescopio (3)
A la mayoría de las personas les sucede esto cuando el ángulo según el cual observan el
objeto disminuye hasta 1'.La finalidad del telescopio es agrandar el ángulo con el que el ojo
ve el objeto o, lo que es lo mismo, extender la imagen de cada detalle del objeto a algunos
elementos próximos de la retina. De un telescopio se dice que "aumenta 100 veces" si el
ángulo según el cual vemos un objeto con ese telescopio es 100 veces mayor que el ángulo Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
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14
con que lo vemos a la misma distancia a simple vista. Si aun con este aumento un detalle
aparece con un ángulo menor de 1', el telescopio dado es insuficiente para la observación de
ese detalle.
Es fácil calcular que el más pequeño detalle que podemos distinguir a la distancia de la Luna,
con un telescopio que aumenta 1000 veces, tiene un diámetro de 110 m, y a la distancia del
Sol, un diámetro de 40 km. Pero si el mismo cálculo se hace para la estrella más próxima,
tendremos una magnitud enorme: 12.000.000 km.
El diámetro del Sol es menor que esta magnitud 81/2 veces. De esto resulta que, trasladado a
la distancia de las estrellas más próximas, nuestro Sol aparecería como un punto incluso con
un telescopio de 1000 aumentos. La estrella más próxima debería poseer un volumen 600
veces mayor que el Sol para que los telescopios potentes pudieran mostrar su disco. A la
distancia de Sirio, una estrella deberá ser para esto mismo 5000 veces mayor que el Sol, en
volumen. Como la mayoría de las estrellas se hallan mucho más allá de las distancias
mencionadas y sus dimensiones no superan por término medio en dicho grado a las del Sol,
esas estrellas, aun con los telescopios potentes, tienen que verse como puntos.
"En el cielo -escribe Jeans- ninguna estrella tiene una medida angular mayor que una
cabecita de alfiler a la distancia de 10 km, y no hay telescopio con el que un objeto
de medidas tan pequeñas pueda ser visible como un disco."
Por el contrario, los grandes cuerpos celestes que forman parte de nuestro sistema solar,
observados con el telescopio, muestran un disco tanto mayor cuanto mayor es el aumento.
Pero como ya tuvimos ocasión de señalar, el astrónomo se encuentra aquí con otro
inconveniente: a la vez que aumenta la imagen se debilita su brillo (a consecuencia de la
distribución de los haces de luz en una superficie mayor), y esta disminución del brillo
dificulta la distinción de los detalles. Por esto, para la observación de los planetas y,
particularmente, de los cometas, es conveniente utilizar telescopios de mediano aumento.
El lector quizá se haga esta pregunta: si el telescopio no agranda las estrellas, ¿por qué lo
utilizan para observarlas?
Después de lo dicho anteriormente, apenas es necesario detenerse en la respuesta. El
telescopio es incapaz de aumentar las dimensiones aparentes de las estrellas, pero aumenta
su brillo y, por consiguiente, multiplica el número de estrellas accesibles a la vista.
En segundo lugar, gracias al telescopio se consigue la resolución de las estrellas que
aparecen a simple viste como una sola. El telescopio no puede aumentar el diámetro
aparente de las estrellas, pero aume nta la distancia aparente entre ellas; y así, el telescopio
nos descubre estrellas dobles, triples y aun estrellas más complejas, allí donde a simple
vista vemos una sola (figura 73). Los enjambres de estrellas que a simple vista se pierden
en la lejanía como manchas brumosas y en la mayoría de los casos son totalmente
invisibles, en el campo del telescopio se resuelven en muchos miles de estrellas separadas.
Finalmente, el tercer servicio que el telescopio presta para estudiar el mundo de las estrellas
es que da la posibilidad de medir los ángulos con extraordinaria precisión; en las fotografías
obtenidas con los grandes telescopios contemporáneos, los astrónomos miden ángulos de la
magnitud de 0.01". Con tales ángulos se puede ver un kopeck que esté a una distancia de
300 km y un cabello humano a la distancia de 100 m(!).
Volver
Cómo fueron medidos los diámetros de las estrellas
En los más potentes telescopios, como hemos explicado, es imposible ver el diámetro de las
estrellas fijas. Hasta no hace mucho tiempo todas las consideraciones sobre las dimensiones
de las estrellas eran sólo conjeturas. Se suponía que cada estrella tenía, por término medio,
aproximadamente la magnitud de nuestro Sol, pero nada confirmaba esta suposición. Y
como para distinguir los diámetros de las estrellas son imprescindibles telescopios más Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
15
potentes que los más poderosos de nuestra época, el problema de la determinación de los
diámetros verdaderos de las estrellas parecía insoluble.
Tal era el estado del problema en 1920, año en que nuevos métodos e instrumentos de
investigación abrieron a los astrónomos el camino para la medida de las dimensiones
verdaderas de las estrellas.
Figura 74. Esquema del dispositivo del "interferómetro para la
medida de los diámetros angulares de las estrellas (Explicación
en el texto)
Con esta reciente adquisición de la astronomía está vinculada su fiel compañera, la física,
que tantas veces le ha prestado los más valiosos servicios.
Expondremos seguidamente los fundamentos de este método, basado en el fenómeno de la
interferencia de la luz.
Para aclarar el principio en que se basa este método dé medida, hagamos una experiencia
que exige el empleo de algunos aparatos: un pequeño telescopio de 30 aumentos y una
fuente luminosa brillante interceptada por una pantalla que tiene una estrecha ranura
vertical (de unas décimas de mm). Coloquemos el telescopio a una distancia de 10 a 15 m
de la fuente de luz. Cubramos el objetivo con una tapadera opaca que lleve dos orificios
circulares de unos 3 mm de diámetro dispuestos horizontalmente de manera simétrica con
relación al centro del objetivo, a una distancia de 15 mm uno del otro (figura 74).
Observando sin la tapadera, la ranura tiene en el telescopio la forma de una franja estrecha
con rayas mucho más tenues los lados. Con la tapadera, la franja central brillante aparece
rayada por franjas oscuras verticales. Estas franjas aparecen como consecuencia de la
acción recíproca (interferencia) de los dos hacecillos luminosos que pasan a través de los
orificios de la tapadera del objetivo. Si se tapa uno de los orificios, estas franjas
desaparecen: Si los orificios del objetivo se hacen móviles de modo que la distancia entre
ellos pueda variar, entonces, a medida que se separan, las franjas oscuras se vuelven cada
vez menos claras y finalmente desaparecen. Conociendo la distancia que hay entre los
orificios en este momento, se puede determinar la anchura angular de la ranura, es decir, el
ángulo con que el observador ve el ancho de la ranura. Si se conoce la distancia hasta la
ranura, se puede calcular su ancho real. Si en lugar de la ranura tenemos un orificio
pequeño, el procedimiento para la determinación del ancho de esta "ranura circular" (es Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
16
decir, el diámetro del circulito) es el mismo, pero es necesario multiplicar el ángulo obtenido
por 1.22.
Para la medición de los diámetros de las estrellas procederemos de la misma manera, si bien
debido a la extraordinaria pequeñez del diámetro angular de las estrellas, deberán utilizarse
telescopios muy potentes.
Además del método basado en el "interferómetro" que acabamos de describir, hay otro
procedimiento menos directo para la determinación del diámetro verdadero de las estrellas,
basado en el estudio de sus espectros.
Por el espectro de una estrella los astrónomos saben su temperatura, con la que se puede
calcular el valor de la irradiación por cada cm2 de superficie. Si, además de esto, se conoce
la distancia de la estrella y su brillo aparente, se puede determinar la magnitud de la
irradiación de toda su superficie. La relación entre esta irradiación y la primera da la medida
de la superficie de la estrella, o lo que viene a ser lo mismo, de su diámetro. Por esta vía se
encontró, por ejemplo, que el diámetro de Capeta es 16 veces mayor que el del Sol, el de
Betelgeuse 350 veces, el de Sirio, 2 veces y el de Vega 21/2 veces. El diámetro del satélite de
Sirio es igual a 0.02 del diámetro del Sol.
Volver
Los gigantes del mundo estelar
Los resultados de la determinación de los diámetros de las estrellas fueron verdaderamente
extraordinarios.
Figura 75. La estrella gigante Antares (a del Escorpión)
podría englobar a nuestro Sol con la órbita de la Tierra
Los astrónomos no sospechaban antes que en el espacio pudie ra haber estrellas de tan
gigantesco tamaño. La primera estrella cuyas dimensiones verdaderas se determinaron (en
1920) fue la brillante estrella a de Orión, que lleva el nombre arábigo de Betelgeuse. Su
diámetro resultó ser mayor que el de la órbita de Marte (!). Otro gigante es Amares, la
estrella más brillante de la constelación del Escorpión: su diámetro es aproximadamente una
vez y media mayor que el diámetro de la órbita de la Tierra (figura 75). Entre las estrellas
gigantes descubiertas hasta ahora se puede colocar también a la maravillosa Mira, estrella
de la constelación de la Ballena, cuyo diámetro es 400 veces mayor que el de nuestro Sol.
Detengámonos un poco en la estructura física de estos gigantes. El cálculo muestra que
estas estrellas, a pesar de sus colosales dimensiones, contienen relativamente poca cantidad
de materia. Son pocas veces más pesadas que nuestro Sol, y como por su volumen
Betelgeuse, por ejemplo, es 40 000 000 de veces mayor que él, la densidad de esta estrella Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Antonio Bravo
17
tiene que ser insignificante. Y si la materia del Sol tiene como promedio una densidad igual a
la del agua, la densidad de la materia de las estrellas gigantes, proporcionalmente, viene a
ser la del aire enrarecido. Estas estrellas, de acuerdo con la expresión de los astrónomos,
"recuerdan a esos gigantescos aeróstatos extraordinariamente ligeros, de densidad mucho
menor que la del aire".
Volver
Un cálculo sorprendente
Es interesante examinar, en relación con lo anterior, cuánto ocuparían en el cielo todas las
estrellas si se pusieran juntas sus imágenes aparentes.
Ya sabernos que el brillo conjunto de todas las estrellas accesibles al telescopio es igual al
brillo de una estrella de magnitud -6.6. Una estrella semejante brilla 20 magnitudes
estelares más débilmente que nuestro Sol, es decir, 100 000 000 de veces menos que él. Si
por la temperatura de su superficie se considera al Sol como una estrella media, se puede
decir que la superficie aparente de nuestra estrella imaginaria es menor que la superficie
aparente del Sol el número de veces indicado. Y como los diámetros de los círculos son
proporcionales a las raíces cuadradas de sus superficies, el diámetro aparente de nuestra
estrella debe ser 10 000 veces menor que el diámetro aparente del Sol, es decir, debe ser
30' : 10 000 " 0.2"
El resultado es sorprendente: la superficie aparente total de todas las estrellas ocuparía en
el cielo la extensión de un circulito de 0.2" de diámetro angular. El cielo contiene 41.253
grados cuadrados; es fácil calcular por esto que las estrellas visibles en un telescopio cubren
solamente
1 / 20.000.000.000
parte de todo el cielo (! ).
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La materia más pesada
Entre las curiosidades que el espacio encierra en sus profundidades seguramente figurará
siempre en lugar destacado una diminuta estrella cercana a
Sirio. Esta estrella está constituida por una materia que es
¡60 000 veces más pesada que el agua! Cuando nosotros
cogemos con la mano un vaso de mercurio, nos sorprende
su peso de alrededor de 3 kg. Pero ¿qué diríamos de un
vaso de materia que pesara 12 toneladas y que exigiera
para su transporte una plataforma de ferrocarril? Esto
parece absurdo y, sin embargo, es uno de los
descubrimientos de la astronomía contemporánea.
Este descubrimiento tiene una larga historia muy
instructiva. Desde hace mucho tiempo se ha observado que
el brillante Sirio realiza su movimiento propio entre las
estrellas, no en línea recta como la mayoría de las demás
estrellas, sino siguiendo una extraña trayectoria sinuosa
(figura 76). Para aclarar esta particularidad de su
movimiento, el famoso astrónomo Bessel supuso que Sirio
iba acompañado de un satélite cuya atracción altera su
movimiento. Esto ocurrió en 1844, dos años después de que
fuera descubierto Neptuno en el "extremo de la pluma". Y
Figura 76. La trayectoria de
Sirio entre las estrellas,
desde 1793 hasta 1883 Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
18
en 1862, después ya de la muerte de Bessel, su hipótesis recibió plena confirmación, pues el
supuesto satélite de Sirio fue visto con el telescopio.
Figura 77. Órbita del satélite se Sirio con respecto a éste. (Sirio no
se encuentra en un foco de la elipse aparente porque al estar la
verdadera elipse desfigurada por la proyección, la vemos según
cierto ángulo).
El satélite de Sirio, el llamado Sirio B, gira alrededor de la estrella principal en 49 años, a
una distancia 20 veces mayor que la de la Tierra al Sol, es decir, aproximadamente a la
distancia de Urano (figura 77). Es una estrellita de octava magnitud; pero su masa es muy
considerable, casi 0.8 de la masa de nuestro Sol. A la distancia de Sirio, nuestro Sol debería
brillar como una estrella de magnitud 1.8; pero si el compañero de Sirio tuviera una
superficie menor que la solar que correspondiera a la relación de las masas de estos astros,
a la misma temperatura debería brillar como una estrella de segunda magnitud. Los
astrónomos explicaron primeramente tan débil brillo por la baja temperatura de la superficie
d esta estrella; la consideraron como una estrella en enfria miento cuya superficie está
cubierta ya con una corteza sólida.
Pero esta suposición resultó errónea. Hace 30 años se pudo determinar que el modesto
satélite de Sirio no es en modo alguno una estrella en extinción, sino que, por el contrario,
pertenece a las estrellas que tienen una elevada temperatura superficial, mucho más
elevada que la de nuestro Sol. Esto cambia totalmente el problema. Su débil brillo debe
atribuirse sólo a la pequeña magnitud de la superficie de esta estrella. Se calculó que irradia
360 veces menos luz que el Sol, lo cual quiere decir que su superficie debe ser, por lo
menos, 360 veces menor que la solar, y su radio, 360 veces menor, o sea, 19 veces más
pequeño que el del Sol. De donde se deduce que el volumen del satélite de Sirio debe ser
menos de 1 / 6800 del volumen del Sol, mientras que su masa constituye apenas 0.8 de la
masa del astro diurno. Esto indica claramente la enorme condensación que ha de tener la
materia de esta estrella. Un cálculo más preciso da para el diámetro de la estrella sólo
40.000 km y, por consiguiente, para su densidad, el valor gigantesco que mencionamos al
principio: 60.000 veces mayor que la densidad del agua (figura 78).
"Desconfiad, físicos; pretenden invadir vuestros dominios", habría que decir recordando las
palabras pronunciadas por Kepler, cierto que con otro motivo. En realidad, nada semejante
podía haberse imaginado hasta ahora un físico. En las condiciones normales, una densidad Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
19
tan grande es completamente increíble, ya que los espacios normales entre los átomos de
los cuerpos sólidos son tan pequeños, que no podría tener lugar ninguna condensación
notable de la materia. Pera el problema es distinto si se trata de átomos "mutilados",
desprovistos de los electrones que giran alrededor del núcleo. La pérdida de los electrones
disminuye el diámetro del átomo algunos miles de veces sin casi disminuir su masa; el
núcleo desnudo es menor que el átomo normal tantas veces como viene a serlo una mosca
respecto a un gigantesco edificio.
Figura 78. El satélite de Sirio está constituido por una materia
que es 60.000 veces más densa que el agua. Algunos
centímetros cúbicos de esta materia podrían equilibrar el peso
de 30 hombres
Aproximados por las enormes presiones que reinan en las entrañas de la esfera de una
estrella, estos reducidos átomos-núcleos podrían acercarse miles de veces más que los
átomos normales y formar una materia de tan inusitada densidad como la descubierta en el
satélite de Sirio. Pero aún hay mas: esta densidad es superada por la de la estrella llamada
de Van Maanen. Esta estrellita de 12ª magnitud no supera por sus dimensiones al globo
terrestre, pero está constituida por una materia que es 400.000 veces más pesada que el
agua.
Y éste no es el grado máximo de densidad. Teóricamente puede suponerse la existencia de
materia aún mucho más densa. El diámetro del núcleo atómico constituye no más de
1/10.000 del diámetro del átomo, y el volumen, por consiguiente, no más 1/1012 del
volumen del átomo. Un m3 de metal contiene a lo sumo cerca de 1/1.000 mm3 de núcleos
atómicos, y en este minúsculo volumen está concentrada toda la masa del metal. 1 cm3 de
núcleos atómicos debe pesar, aproximadamente, 10 millones de toneladas (figura 79).
Después de lo dicho, no debe parecer inverosímil el descubrimiento de una estrella cuya
materia tiene una densidad media 500 veces mayor que la de la estrella Sirio R. Nos
referimos a una pequeña estrella de 13ª magnitud de la constelación Casiopea, descubierta
a fines de 1935. Siendo por su volumen no mayor que Marte y ocho veces menor que el
globo terrestre, esta estrella posee una masa que supera casi tres veces la de nuestro Sol
(más exactamente, 2.8 veces). En las unidades habituales la densidad media de su materia
es de 36.000.000 g/cm3. Esto significa que 1 cm3 de esta materia pesaría en la Tierra 36
toneladas (!). Esta materia, por consiguiente, es más densa que el oro casi 2 millones de Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
20
veces10.Sobre cuánto debe pesar un centímetro cúbico de esta materia pesado en la
superficie de la estrella misma, hablaremos en el capítulo V.
Figura 79. Un cm3 de núcleos de átomos, incluso sin estar comprimidos, podría equilibrar
el peso de un barco trasatlántico. Colocados apretadamente en un volumen de 1 cm3, los
núcleos pesarían ¡10 millones de toneladas!
Pocos años atrás los sabios probablemente hubieran considerado del todo imposible la
existencia de materia con densidad varios millones de veces mayor que la del platino. Los
abismos del universo seguramente esconden todavía muchas curiosidades similares.
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Por qué las estrellas se llaman
fijas
Cuando en la antigüedad fue dado
a las estrellas este epíteto, se
quería subrayar con esto que, a
diferencia de los planetas, las
estrellas mantienen en la bóveda
celeste una posición invariable.
Naturalmente, toman parte en el
movimiento diario de todo el cielo
alrededor de la Tierra; pero este
movimiento aparente no altera
sus posiciones relativas. Los
planetas, en cambio, modifican
continuamente sus posiciones con
respecto a las estrellas, errando
entre ellas, por lo cual recibieron
ya en la antigüedad esa denominación de planetas (la voz planeta significa errante).
Sabemos ahora que la representación del mundo estrellado como un conjunto de soles fijos
en su inmovilidad es totalmente errónea.
10 En la parte central de esta estrella la densidad de la materia debe alcanzar un valor extraordinario,
aproximadamente, de miles de millones de gramos por cm3.
Figura 80. La forma de las constelaciones cambia con el
correr del tiempo. El dibujo del centro representa el
carro de la Osa Mayor en la actualidad, el superior
100.000 de años atrás, y el inferior, dentro de 100.000
años. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
21
Todas las estrellas11 y entre ellas también nuestro Sol, se mueven una con relación a otra
con velocidades del orden de los 3,0 km/s, por término medio, es decir, con la misma
velocidad con que nuestro planeta gira en su órbita.
Figura 81. Direcciones en que se desplazan las brillantes estrellas
próximas a la constelación de Orión (a) y cambio en el aspecto de la
constelación producirán estos movimientos al cabo de 50.000 años (b)
Las estrellas, pues, en nada son más inmóviles que los planetas. Por el contrario, en el
mundo de las estrellas nos encontramos con casos aislados de velocidades verdaderamente
colosales, como no las hay en la familia de los planetas; se conocen estrellas, llamadas
"voladoras", que se trasladan con relación a nuestro Sol a la formidable velocidad de 250 a
300 km/s. Mas si todas las estrellas visibles se mueven en forma caótica a gigantescas
velocidades, desplazándose miles de millones de kilómetros anualmente, ¿por qué no nos
damos cuenta de este enorme movimiento? ¿Por qué el cielo estrellado nos ha parecido
siempre un cuadro de majestuosa inmovilidad?
No es difícil descubrir la causa: ello se debe
al inconcebible alejamiento de las estrellas.
¿No ha observado usted desde un sitio
elevado un tren que se mueve a lo lejos,
cerca del horizonte? ¿Acaso no le pareció
entonces que el expreso se arrastraba
como una tortuga? La velocidad vertiginosa
para un observador situado al pie de la vía
se transforma en paso de tortuga para un
observador a gran distancia. Lo mismo
sucede con el desplazamiento de las
estrellas, sólo que en este casa el
alejamiento relativo del observador de los
cuerpos en movimiento es infinitamente
mayor.
Las estrellas más brillantes están alejadas
de nosotros alrededor de 800 billones de
kilómetros (según Kapteyn). El
desplazamiento de estas estrellas en un
año es, digamos, de 1000 millones de
11 Se trata de las estrellas de "nuestro" enjambre estelar, la Vía Láctea
Figura 82. El movimiento de tres estrellas
próximas: el Sol, a del Centauro y Sirio Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
22
kilómetros, es decir, 800000 veces menor. Ese desplazamiento debería observarse desde la
Tierra según un ángulo menor de 0.25", magnitud apenas perceptible con los instrumentos
astronómicos más precisos. A simple vista es totalmente inobservable, incluso durante
siglos. Sólo a través de laboriosas mediciones realizadas con aparatos se pudo descubrir el
movimiento de muchas estrellas (figuras 80, 81, 82).
Así, pues, las estrellas, aunque están animadas de movimientos inconcebiblemente rápidos,
tienen pleno derecho a la denominación de fijas en tanto se trata de la observación a simple
vista. De lo dicho, el lector mismo puede sacar la conclusión de cuán ínfima es la posibilidad
de que las estrellas choquen, a pesar de su rápido movimiento (figura 83).
Figura 83. La comparación de los movimientos estelares. Dos pelotas
de croquet, una en Leningrado y la otra en Tomsk, moviéndose con la
velocidad de 1 km por siglo, nos dan en pequeño una imagen del
acercamiento de dos estrellas. Este ejemplo muestra claramente que la
probabilidad de que se produzca un choque entre dos estrellas es
mínima.
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Unidades dé medida de las distancias interestelares
Nuestras grandes medidas de longitud -el kilómetro, la milla marina (1852 m) y la milla
geográfica (igual a 4 millas)- son suficientes para medir las distancias en la superfic ie de la
Tierra, pero resultan completamente insignificantes como medidas celestes. Medir con ellas
las distancias en el cielo es tan inadecuado como medir con milímetros el largo de una vía
férrea. Por ejemplo, la distancia de Júpiter al Sol, en kilómetros, se expresa con el número
780 millones, y el largo del ferrocarril de Octubre, en milímetros, con el número 640
millones.
Para no tener que operar con números terminados en largas series de ceros, los astrónomos
utilizan unidades de longitud mucho más grandes. Para medir, por ejemplo, los límites del
sistema solar, se toma como unidad de longitud la distancia media de la Tierra al Sol
(149500000 km). Esta es la llamada "unidad astronómica". Con esta medida, la distancia de
Júpiter al Sol es igual a 5.2, la de Saturno a 9.54, la de Mercurio a 0.387, etc.
Pero para las distancias de nuestro Sol a los otros soles la medida dada resulta demasiado
pequeña. Por ejemplo, la distancia hasta la estrella más cercana a nosotros (la llamada
Próxima, de la constelación del Centauro 12, una estrellita rojiza de 11ª magnitud) se expresa
en dicha unidad de medida con este número
260.000.
Y esto para la más próxima de las estrellas: las demás se encuentran mucho más lejos. El
empleo de unidades notablemente mayores hizo mucho más fácil recordar los números y
operar con ellos. En astronomía se usan las siguientes unidades gigantescas de distancia: el
"año-luz" y el "pársec", que tiende a remplazar al primero.
Año-luz es el trayecto recorrido en el vacío espacial por un rayo de luz en un año de tiempo.
De la magnitud de esta medida nos haremos una idea recordando que del Sol a la Tierra la
luz tarda en llegar 8 minutos. Un año-luz, por consiguiente, es tantas veces mayor que el
12 Se encuentra casi al lado de la brillante estrella a del Centauro. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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radio de la órbita terrestre cuantas un año es mayor que 8 minutos. En kilómetros, esta
medida de longitud se expresa con el número
9.460.000.000.000,
es decir, el año-luz es igual aproximadamente a 91/2 billones de km. La otra unidad
empleada en las distancias estelares, de origen más complicado y que los astrónomos
aceptan de buen grado, es el pársec. Un pársec es la distancia a que es preciso alejarse para
ver un semidiámetro de la órbita de la Tierra con un ángulo de un segundo de arco. El
ángulo con que se ve desde una estrella el semidiámetro de la órbita terrestre se llama en
astronomía "paralaje anual" de esta estrella. De la combinación de las palabras "paralaje" y
"segundo" se formó la palabra "pársec".
La paralaje de la antes mencionada a del Centauro es 0.76"; y, por lo tanto, la distancia de
esta estrella es de 1.31 pársec. Es fácil calcular que un pársec debe abarcar 206.265
distancias de la Tierra al Sol. La correspondencia entre el pársec y las otras unidades de
longitud es la siguiente
1 pársec = 3.26 años-luz = 30.800.000.000.000 km.
He aquí la distancia de algunas estrellas brillantes expresadas en pársecs y en años-luz:
De 2ª
De 3ª
De 4ª
2.5
6.3
16
De 5ª
De 6ª
De 7ª
40
100
250
De 10ª
De 11ª
De 16ª
4.000
10.000
1.000.000
Estas son estrellas relativamente cercanas. Su grado de "proximidad" lo podrán comprender
si recuerdan que para expresar las distancias dadas en kilómetros es necesario aumentar
cada uno de los números de la primera columna 30 billones de veces. Sin embargo, el añoluz
y, el pársec no son las medidas más grandes utilizadas en la ciencia de los astros.
Cuando los astrónomos emprendieron la medida de las distancias y las dimensiones de los
sistemas estelares, es decir, de universos enteros formados por muchos millones de
estrellas, necesitaron una medida aún más grande. La derivaron del pársec del mismo modo
que el kilómetro se deriva del metro surgió el "kilo pársec", igual a 1000 pársecs o a 30800
billones de kilómetros. En esta medida, el diámetro de la Vía Láctea, por ejemplo, se
expresa con el número 30, y la distancia de la Tierra a la nebulosa de Andrómeda resulta de
unos 300 kilo pársecs.
Pero también el kilo pársec resultó pronto una medida insuficiente; hubo que poner en uso
el "megaparsec", que con tiene un millón de pársecs.
He aquí una tabla con las medidas estelares de longitud
1 megaparsec = 1.000.000 de pársecs
1 kilo pársec = 1 000 pársecs
1 pársec = 206.265 unidades astronómicas
1 unidad astronómica = 149.500.000 km.
Imaginarse gráficamente el megaparsec es imposible. Incluso si se disminuye el kilómetro
hasta el grosor de un cabello (0.05 mm), el megaparsec superará aún la capacidad de
imaginación humana, ya que resulta igual a l 1/2 miles de millones de kilómetros, es decir, a
10 veces la distancia de la Tierra al Sol.
Haremos todavía una comparación que quizá ayude a comprender la magnitud inimaginable
del megaparsec. Un hilo de tela de araña extendido desde Moscú hasta Leningrado pesaría
10 g; desde la Tierra hasta la Luna pesaría 6 kg. El mismo hilo, alargado hasta el Sol, Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
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24
tendría un peso de 2.5 toneladas, pero extendido en la longitud de un megaparsec, debería
pesar
¡500.000.000.000 de toneladas!
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El sistema de las estrellas más próximas
Hace relativamente bastante tiempo, unos 100 años atrás, se supo que el sistema estelar
más próximo es una estrella doble de primera magnitud de la constelación austral Centauro.
Los últimos años enriquecieron nuestros conocimientos sobre este sistema con detalles
interesantes.
Fue descubierta cerca de a del Centauro una pequeña estrella de 11ª magnitud, que con las
dos estrellas a del Centauro constituye un sistema de estrella triple. Que esa tercera estrella
pertenece físicamente al sistema a del Centauro, a pesar de que la separa en el cielo una
distancia de más de 2, se confirma por la igualdad de sus movimientos: las tres estrellas se
desplazan con la misma velocidad en la misma dirección. La particularidad más notable de la
tercera estrella de este sistema es que está situada en el espacio más cerca de nosotros que
las otras dos, y por esto debe considerarse como la más próxima de todas las estrellas
cuyas distancias han sido determinadas hasta ahora. Esta estrellita se llama así: "Próxima".
Se encuentra más cerca de nosotros que las estrellas a del Centauro (las llamadas a del
Centauro A y a del Centauro B) 3960 unidades astronómicas. He aquí sus paralajes:
a del Centauro (A y B) 0.751
Próxima del Centauro 0.762
Como las estrellas A y B están separadas una de otra por una distancia de sólo 34 unidades
astronómicas, todo el sistema tiene una forma bastante
extraña, representada en la figura 84. Las estrellas A y B
están separadas entre sí un poco más que Urano del Sol.
Próxima dista de ellas 59 años-luz. Estas estrellas cambian
lentamente de posición: el período de revolución de las
estrellas A y B alrededor de su centro común de
gravitación es igual a 79 años. Próxima realiza una vuelta
en más de 100 000 años, de modo que no hay por qué
temer que dentro de poco tiempo deje de ser la estrella
más cercana a nosotros y ceda su lugar a una de las a del
Centauro.
¿Qué se sabe de las propiedades físicas de las estrellas de
este sistema? Alfa del Centauro A, en cuanto a brillo, masa
y diámetro, apenas es un poco mayor que el Sol (figura
85). Alfa del Centauro B posee una masa un poco menor,
tiene un diámetro 1/5 mayor que el Sol, pero brilla tres
veces menos, y, en correspondencia con esto, también su
temperatura superficial (4400°) es más baja que la del Sol
(6 000°).
Aún más fría es Próxima: su temperatura superficial es de
3000°; es una estrella de luz rojiza. Su diámetro es 14
veces menor que el del Sol, es decir, que esta estrellita es
incluso un poco más pequeña que Júpiter y Saturno (en
masa, sin embargo, los supera centenares de veces). Si
nos transportáramos a a del Centauro A, veríamos desde allí a la estrella B
aproximadamente con las mismas dimensiones con que nuestro Sol brilla en el cielo de
Figura 84. El sistema de las
estrellas más próximas al Sol:
a del Centauro A y B, y
próxima del Centauro Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
25
Urano. Próxima parecería desde allí una pequeña y pálida estrellita, pues está 250 veces
más lejos que Plutón del Sol y 1000 veces más lejos que Saturno.
Después de la estrella triple a del Centauro, el vecino más próximo de nuestro Sol es una
estrella muy pequeña (de magnitud 9.7) de la constelación del Dragón, llamada "Estrella
voladora". Recibió esta denominación por el movimiento visible, de extraordinaria rapidez,
que posee. Esta estrella se halla una vez y media más lejos de nosotros que el sistema a del
Centauro, pero en el hemisferio Norte es nuestra vecina más próxima. Su vuelo en dirección
oblicua al movimiento del Sol es tan rápido, que en menos de diez mil años la distancia que
nos separa de ella se reducirá a la mitad, y entonces estará más cerca que la estrella triple a
del Centauro.
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La escala del universo
Volvamos al modelo reducido del sistema solar que hemos construido mentalmente, según
las indicaciones del capítulo sobre los planetas, e intentemos terminarlo incluyendo en él al
mundo de las estrellas. ¿Qué resultará?
Figura 85. Dimensiones comparadas del Sol y las estrellas que
forman el sistema a del Centauro
Recordará usted que en nuestro modelo el Sol se representaba con una esfera de 10 cm de
diámetro, y todo el sistema planetario, con un círculo de 800 m de diámetro. ¿A qué
distancia del Sol habría que colocar las estrellas si se quisiera mantener exactamente la
misma escala? Es fácil calcular que, por ejemplo, Próxima del Centauro -la estrella más
cercana- estaría a una distancia de 2700 km; Sirio, a 5500 km; Altaír, a 9700 km. Incluidas
estas estrellas más cercanas, el modelo apenas cabría en Europa. Para estrellas más
alejadas tomemos una unidad de medida mayor que el kilómetro, a saber, los 1000 km,
unidad que recibe el nombre de "megámetro" (Mm). De estas unidades hay en total 40 en la
circunferencia del globo terrestre, y 380 entre la Tierra y la Luna. En nuestro modelo, Vega
estaría a 17 Mm, Arturo a 23 Mm, Capeta a 28 Mm, Regulo a 55 Mm, Deneb (a del Cisne) a
más de 350 Mm.
Consideremos este último numero: 350 Mm = 350000 km, es decir, un poco menos de la
distancia a la Luna. Como se ve, nuestro modelo reducido, en el que la Tierra era una
cabecita de alfiler y el Sol una pelota de croquet, también adquiere dimensiones cósmicas.
Nuestro modelo todavía no está terminado. Las estrellas más alejadas de la Vía Láctea se
hallarían en él a una distancia de 30000 Mm, casi 100 veces más lejos que la Luna. Pero la Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
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Vía Láctea no es todo el universo. Más allá de sus límites hay otros sistemas estelares, por
ejemplo, el visible a simple vista en la constelación de Andrómeda, o los también
perceptibles por nuestros ojos de las Nubes de Magallanes. En nuestro universo reducido
habría que representar la Pequeña Nube de Magallanes por un objeto de 4000 Mm de
diámetro, y la Nube Mayor, por otro con un diámetro de 5500 Mm, alejados, en el modelo,
70000 Mm de la Vía Láctea. A la nebulosa de Andrómeda deberíamos darle en el modelo un
diámetro de 60000 Mm y separarla de la Vía Láctea 500000 Mm, es decir, una distancia
¡casi igual a la que separa a Júpiter de la Tierra!
Los cuerpos celestes más alejados de que actualmente se ocupa la astronomía son las
nebulosas estelares, que son acumulaciones de innumerables estrellas situadas mucho más
allá de los límites de nuestra Vía Láctea. Su distancia al Sol supera los 1.000.000.000 de
años-luz. Invitamos al lector a calcular él mismo cómo deberían representarse estas
distancias en nuestro modelo. De este modo, el lector se formará una idea de las
dimensiones de la parte del espacio que es accesible a los medios ópticos de la astronomía
contemporánea. El lector encontrará también una serie de comparaciones relacionadas con
lo aquí expuesto en mi libro ¿Sabe usted física?
A quien le interesen particularmente las estrellas y la estructura del universo le aconsejo
leer atentamente los siguientes libros:
· Vorontzov - Veliaminov B. A., Ensayo sobre el universo, Editorial Técnica del Estado,
1955.
· Pola, I. F., Curso de Astronomía General, Editorial Técnica del Estado, 1955.
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Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 4 Preparado por Patricio Barros
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Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
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1
Capítulo Quinto
LA GRAVITACIÓN
Contenido
Un cañonazo hacia arriba
El peso a gran altura
Las trayectorias de los planetas con el compás
La caída de los planetas en el Sol
El yunque de Vulcano
Los límites del sistema solar
Un error en una novela de Julio Verne
Cómo fue pesada la Tierra
Cuál es la composición del interior de la Tierra
El peso del Sol y el de la Luna
El peso y la densidad de los planetas y de las estrellas
La gravedad en la Luna y en los planetas
Gravedad "record"
La gravedad en el interior de los planetas
El problema del barco
Las mareas lunares y solares
La Luna y el estado del tiempo
* * *
Un cañonazo hacia arriba
¿Dónde caería una granada disparada verticalmente hacia arriba por un cañón situado en el
Ecuador? (figura 86). Este problema se debatía veinte años atrás en una revista con
referencia a una granada imaginaria arrojada con una velocidad de 8000 m en el primer
segundo; esta granada, a los 70 minutos, debería alcanzar una altura de 6400 km (radio
terrestre). He aquí lo que decía la revista:
"Si la granada se arroja verticalmente hacia arriba en el Ecuador, al salir del cañón
poseerá además la velocidad angular de los puntos del Ecuador en dirección al Este
(465 m/s).
La granada se trasladará con esta velocidad paralelamente al Ecuador. El punto que se
encontraba en el momento del disparo a la altura de 6400 km, verticalmente sobre el punto
de partida de la granada, se trasladará en un círculo de radio doble con doble velocidad
lineal. Por consiguiente, aventajaría a la granada en dirección al Este. Cuando la granada
alcance el punto más alto de su trayectoria, se encontrará verticalmente, no sobre el punto
de partida del disparo, sino que estará desviada de él hacia el Oeste. Lo mismo sucede en la Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
2
caída de retorno de la granada. Como resultado, al cabo de los 70 minutos empleados en el
ascenso y el descenso, la granada se habrá atrasado aproximadamente 4000 km hacia el
Oeste.
Ahí es donde hay que esperar su caída. Para hacer que la granada vuelva al punto de partida
-es necesario dispararla, no verticalmente, sino algo oblicuamente, en nuestro caso con una
inclinación de 5°."
Figura 86. El problema de la bala de cañón disparada
verticalmente
De manera completamente distinta resuelve un problema similar Flammarion en su
Astronomía.
"Si se dispara un cañonazo verticalmente hacia el cenit, la bala caerá nuevamente en
el alma del cañón, aunque durante su elevación y descenso se traslada con la Tierra
hacia el Este. La causa es evidente. La bala, elevándose hacia arriba, no pierde nada
de la velocidad que el movimiento de la Tierra le comunica. Los dos impulsos
recibidos no se oponen: puede ir 1 km hacia arriba y al mismo tiempo hacer, por
ejemplo, 6 km hacia el Este. Su movimiento en el espacio seguirá la diagonal de un
paralelogramo, uno de cuyos lados es de 1 km y el otro de 6 km. Al caer, por efecto
de la gravedad, se moverá según otra diagonal (más exactamente, según una curva,
a consecuencia de la aceleración) y caerá nuevamente en el alma del cañón, el cual,
como antes, se encuentra en posición vertical."
Flammarion añade: "Realizar con éxito semejante experiencia resultaría, sin
embargo, bastante laborioso, porque sería difícil encontrar un cañón bien calibrado y
nada fácil ponerlo en posición totalmente vertical. Mersenne y Petit intentaron hacer
esto en el siglo XVII, pero ni siquiera encontraron su bala después del disparo.
Varignon, en la página inicial de su obra Nuevas conjeturas sobre la gravedad (1690),
insertaba un dibujo relativo a esto. En dicho dibujo, dos observadores -un monje y un
militar- están de pie al lado de un cañón que apunta hacia el cenit y miran hacia
arriba, como siguiendo la bala disparada. En el grabado está escrito (en francés)
Retombera-t-il? (¿Volverá a caer?). El monje es Mersenne; el militar es Petit. Esta
peligrosa experiencia la efectuaron varias veces, y como nunca les resultó bastante
acertada como para que la bala les cayera en la cabeza, sacaron la conclusión de que Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
3
el proyectil se quedaba para siempre en el aire. Varignon se sorprende del hecho:
¡Una bala pendiendo sobre nuestras cabezas! Es verdaderamente asombroso.
Repitiendo1 la experiencia en Estrasburgo, la bala cayó a varios cientos de metros del
cañón. Es evidente que el arma no había sido dirigida exactamente en dirección
vertical."
Las dos soluciones del problema, como vemos, difieren mucho. Un autor afirma que la bala
caerá lejos, hacia occidente del lugar del disparo; otro, que deberá caer en el alma misma
del cañón. ¿Quién tiene razón?
En rigor son falsas ambas soluciones, pero la de Flammarion está mucho más cerca de la
verdad. La bala debe caer hacia el oeste del cañón; sin embargo, no tan lejos como
afirmaba el primer autor y no en el cañón mismo como afirmaba el segundo.
El problema, lamentablemente, no puede ser resuelto con los recursos de la matemática
elemental. Por esta razón nos limitaremos a dar el resultado final2.
Si llamamos v a la velocidad inicial de la bala, w a la velocidad angular de rotación del globo
terrestre y g a la aceleración de la gravedad, la distancia x del punto de caída de la bala al
oeste del cañón se obtiene con las expresiones en el Ecuador
2
3
3
4
g
v
w x =
y en la latitud f
j cos
3
4
2
3
g
v
w x =
Aplicando la fórmula al problema propuesto por el primer autor, tenemos
2 / 8 . 9
/ 000 . 8
164 . 86
2
s m g
s m v
w
=
=
=
p
Sustituyendo estos valores en la primera fórmula, resulta x = 520 km: la bala caerá 520 km
al oeste del cañón (y no a 4 000 km, como pensaba el primer autor).
¿Qué da la fórmula para el caso examinado por Flammarion? El disparo no era efectuado en
el Ecuador, sino cerca de Paris, a 48° de latitud. Supondremos la velocidad inicial de la bala
del viejo cañón igual a 300 m/s. Sustituyendo en la segunda fórmula
° =
=
=
=
48
/ 8 . 9
/ 300
164 . 86
2
2
j
p
s m g
s m v
w
1 Se reproduce como viñeta en la cabecera de este capítulo (N. R.).
2 Para este fin es imprescindible un cálculo complementario especial, que a petición mía fue efectuado por
especialistas. No es posible dar aquí este cálculo en forma detallada. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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4
resulta x = 18 m
la bala caerá a 18 m al oeste del cañón (y no en el alma misma, como suponía el astrónomo
francés). En estos cálculos, como se ve, no se ha tenido en cuenta la posible acción de las
corrientes de aire, capaces de alterar notablemente el resultado.
Volver
El peso a gran altura
En los cálculos anteriores hicimos figurar una circunstancia sobre la cual no hemos llamado
hasta ahora la atención del lector. Se trata de que, a medida que un cuerpo se aleja de la
Tierra, la fuerza de la gravedad disminuye.
La gravedad no es otra cosa que una manifestación de la gravitación universal, y la fuerza
recíproca de atracción de dos cuerpos disminuye rápidamente cuando la distancia entre ellos
aumenta. De acuerdo con la ley de Newton, la fuerza de atracción disminuye
proporcionalmente al cuadrado de la distancia; la distancia debe contarse en nuestro caso
desde el centro de la esfera terrestre, porque la Tierra atrae a todos los cuerpos como si su
masa estuviera concentrada en su centro. Por esto, la fuerza de atracción a la altura de 6
400 km, es decir, en un punto alejado 2 radios terrestres del centro de la Tierra, es cuatro
veces menor comparada con la fuerza de atracción en la superficie de la Tierra.
Para una bala de cañón arrojada hacia arriba, esto debe manifestarse haciendo que la bala
se eleve más que en el caso de que la gravedad no disminuyera con la altura. Para la bala
arrojada verticalmente hacia arriba con una velocidad de 8000 m por segundo, aceptamos
que se elevaría a una altura de 6400 km. En cambio, si se calcula la altura de la elevación
de este proyectil por la fórmula conocida, sin tener en cuenta la disminución de la gravedad
con la altura, se obtiene una altura dos veces menor. Hagamos este cálculo. En los textos de
física y de mecánica se encuentra la fórmula para el cálculo de la altura h a que se eleva un
cuerpo arrojado verticalmente hacia arriba, con una velocidad v, para una aceleración
constante g de la fuerza de la gravedad:
g
v
h
2
2
=
En nuestro caso v = 8000 m/s, g = 9.8 m/s2, y tenemos
km h 265 . 3 000 . 265 . 3
8 . 9 28
000 . 8 2
= =
´
=
Esto es casi la mitad de la altura indicada anteriormente. La divergencia obedece, como
acabamos de decir, a que utilizando la fórmula dada en los libros de texto no tenemos en
cuenta la disminución de la gravedad con la altura.
Es claro que si la bala es atraída por la Tierra más débilmente, tiene que elevarse más a la
velocidad dada.
No debe sacarse precipitadamente la conclusión de que las fórmulas que figuran en los libros
de texto para el cálculo de la altura que alcanza un cuerpo arrojado hacia arriba no son
exactas. Son exactas dentro de los limites para ellas previstos, y resultan inexactas tan
pronto como el calculista se sale de los limites indicados. Estas fórmulas son de aplicación
cuando se trata de alturas muy pequeñas, para las que la disminución de la gravedad es
siempre tan insignificante que se puede despreciar. Así, en el caso de la bala arrojada hacia
arriba con una velocidad inicial de 300 m/s, la disminución de la gravedad se hace sentir
muy poco.
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Pero he aquí un interesante problema: ¿Se hace sentir la disminución de la fuerza de la
gravedad a las alturas alc anzadas por los aviones y los aeróstatos modernos? ¿Es notable a
estas alturas la disminución del peso de los cuerpos? En el año 1936 el aviador Vladimir
Kokkinaki subió con su máquina algunas cargas a gran altura: 1/2 tonelada a la altura de
11.458 m; 1 tonelada a 12.100 m, y 2 toneladas a 11.295 m. Se pregunta: ¿mantenían
estas cargas en las alturas "record" indicadas su peso original o perdían allá arriba alguna
parte notable de ese peso? A primera vista puede parecer que la elevación sobre la
superficie de la Tierra a poco más de una decena de kilómetros no puede disminuir
sensiblemente el peso de una carga en un planeta tan grande como la Tierra. En la
superficie de la Tierra el peso dista del centro de nuestro planeta 6.400 km; un ascenso de
12 km aumenta esta distancia hasta 6.412 km; el aumento parece demasiado pequeño para
que pueda influir en el peso. El cálculo, sin embargo, dice otra cosa: resulta una pérdida de
peso bastante sensible.
Hagamos el cálculo para un caso, por ejemplo, para el ascenso de Kokkinaki con una carga
de 2000 kg a 11.295 m.
A esta altura el avión se encuentra 6411.3/6400 veces más lejos del centro del globo
terrestre que en el momento de su partida. La fuerza de atracción disminuye allí:
2
6400
3 . 6411
÷ø
ö
çè
æ
es decir
veces
2
6400
3 . 6411
1 ÷ø
ö
çè
æ +
Por consiguiente, el peso a la altura indicada debe ser:
kg
2
6400
3 . 6411
1 : 000 . 2 ÷ø
ö
çè
æ +
Si se efectúa este cálculo (para lo cual es cómodo utilizar los métodos del cálculo
aproximado)3, se ve que la carga de 2 000 kg a la altura indicada pesaría sólo 1.993 kg, con
lo que sería 7 kg más liviana. La merma en el peso es bastante sensible. Una pesa de un
kilogramo a esa altura tiraría en una balanza de resorte sólo como 996.5 g; se perderían 3.5
g de peso.
Una pérdida de peso mayor aún podrían haber descubierto nuestros aeronautas que
alcanzaron una altura de 22 km: 7 g por kilogramo.
En el ascenso "record" del aviador Iumashev, que se elevó en 1936 con una carga de 5.000
kg a una altura de 8.919 m, puede calcularse para este peso una pérdida global de 14 kg.
3 Pueden utilizarse las igualdades aproximadas:
a a
a a
- = +
+ = +
1 ) 1 ( : 1
2 1 ) 1 ( 2
y
en donde a es una cantidad muy pequeña. Por esto
7 2000
6 . 1
3 . 11
2000
3200
3 . 11
1 : 2000
6400
3 . 11
1 : 000 . 2
2
- = - = ÷ø
ö
çè
æ + = ÷ø
ö
çè
æ + Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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En el mismo año 1936 el aviador M. Y. Alekseev elevó a una altura de 12.695 m una carga
de 1 t, el aviador N. Nyujtikov elevó a una altura de 7.032 m una carga de 10 t, etc.
Utilizando lo expuesto antes, el lector puede efectuar fácilmente el cálculo de la pérdida de
peso en cada uno de estos casos.
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Las trayectorias de los planetas con el compás
De las tres leyes de los movimientos planetarios arrancadas a la naturaleza con gigantesco
esfuerzo por el genio de Kepler, la menos comprensible para muchos puede ser la primera.
Esta ley afirma que los planetas se mueven describiendo elipses. ¿Por qué precisamente
elipses? Uno pudiera pensar que si en torno al Sol se hace sentir por todas partes la misma
fuerza y ésta disminuye con el alejamiento en la misma medida, los planetas deberían dar
vuelta alrededor del Sol siguiendo círculos y no trayectorias cerradas y estiradas, en las
cuales el Sol no ocupa una posición central. La cuestión queda perfectamente aclarada con
el estudio matemático del problema. Pero los conocimientos de matemática superior para
ello necesarios los poseen sólo algunos de los aficionados al estudio del cielo. Intentaremos
hacer comprensible la validez de las leyes de Kepler para aquellos lectores que sólo conocen
las matemáticas elementales.
Figura 87. La fuerza de atracción del planeta por el Sol
aumenta con la disminución de la distancia
Armados de un compás, una regla graduada y una hoja grande, de papel, vamos a construir
nosotros mismos las órbitas de los planetas y a comprobar así gráficamente que esas
trayectorias resultan tal como deben ser de acuerdo con las leyes de Kepler.
El movimiento de los planetas está gobernado por la fuerza de la gravitación. Estudiemos
esto. El circulito de la derecha en la figura 87 representa un Sol imaginario; a la izquierda de
él está un planeta también imaginario. La distancia entre ambos, que suponemos de
1.000.000 km, está representada en el dibujo por 5 cm; la escala es, pues, de 200 000 km
por 1 cm.
La flecha de 0.5 cm de longitud representa la fuerza con que nuestro planeta es atraído por
el Sol (figura 87). Supongamos que bajo la acción de esta fuerza el planeta se acerca al Sol
y se encuentra a una distancia de él de 900.000 km, es decir, de 4.5 cm en nuestro dibujo.
La atracción del planeta por el Sol se intensifica entonces, de acuerdo con las leyes de la
gravitación,
(10/9) 2
o sea, 1.2 veces. Si antes la atracción se representaba con una flecha de 1 unidad de
longitud, ahora deberá darse a la flecha una longitud de 1.2 unidades. Cuando la distancia
disminuye a 800.000 km, es decir, a 4 cm en nuestro dibujo, la fuerza de la atracción crece
a Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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(5/4)2
es decir, 1.6 veces y se representa con una flecha de 1.6 unidades. Para posteriores
aproximaciones del planeta al Sol, hasta las distancias de 700, 600 y 500 mil kilómetros, la
fuerza de atracción se representará respectivamente con flechas de 2, de 2.8 y de 4
unidades de longitud.
Se puede suponer que las flechas representan no sólo las fuerzas de atracción, sino también
los desplazamientos que el cuerpo sufre bajo la influencia de estas fuerzas en la unidad de
tiempo (en este caso los desplazamientos son proporcionales a las aceleraciones y, por
consiguiente, también a las fuerzas). En nuestras construcciones posteriores vamos a utilizar
este esquema como patrón de los desplazamientos del planeta.
Figura 88. Cómo el Sol S hace que sea curvo el camino
WKPR del planeta
Procedamos ahora a la construcción de la trayectoria de un planeta que gira alrededor del
Sol. Supongamos que se trata de un planeta de la misma masa que el anteriormente
considerado, que se mueve en la dirección WK con velocidad de 2 unidades de longitud y se
encuentra en el punto K, a 800 000 km de distancia del Sol (figura 88). A esta distancia la
atracción del Sol actuará sobre el planeta con una fuerza tal, que lo obligará a desplazarse
en una unidad de tiempo en dirección al Sol 1.6 unidades de longitud; en el mismo espacio
de tiempo el planeta se adelanta 2 unidades en la dirección original WK. Como resultado de
ambos movimientos se desplazará según la diagonal KP del paralelogramo construido con
los desplazamientos Kl y K2, diagonal que es igual a 3 unidades de longitud (figura 88).
Encontrándose en el punto P, el planeta tratará de moverse más lejos en la dirección KP con
una velocidad de 3 unidades.
Pero al mismo tiempo, por efecto de la atracción del Sol a la distancia SP = 5.8, deberá
efectuar en la dirección SP el camino P4 = 3. Como resultado, recorre la diagonal PR del
paralelogramo.
No nos detendremos en llevar más adelante la construcción en el mismo dibujo: la escala es
demasiado grande. Se comprende que cuanto menor es la escala, tanto mayor es la parte
de la trayectoria del planeta que puede representarse en el esquema y tanto menor la
brusquedad de los ángulos que alteran el parecido de nuestro esquema con la trayectoria Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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real del planeta. En la figura 89 está hecho el mismo esquema, con una escala mucho
menor, para el caso imaginario del encuentro del Sol con un cuerpo celeste de masa igual a
la del planeta antes considerado. Se ve claramente que el Sol desvía al planeta extraño de
su trayectoria inicial y lo obliga a seguir la curva P-1-11-111-IV-V. Los ángulos de la
trayectoria construida aquí no son tan bruscos y las posiciones sucesivas del planeta no son
tan difíciles de unir con una línea curva suave.
¿Que curva es ésta? A contestar esta pregunta nos ayuda la geometría. Pongamos sobre el
dibujo (figura 89) una hoja de papel transparente y calquemos en ella seis puntos
arbitrariamente elegidos del camino del planeta.
Figura 89. El Sol desvía al planeta P de su trayectoria recta
original y lo obliga a describir una línea curva
Numeramos los seis puntos elegidos (figura 90) en cualquier orden y los unimos entre sí en
ese mismo orden con segmentos rectos. Nos resultará una figura hexagonal inscrita en el
camino del planeta, algunos de cuyos lados se cruzan.
Prolonguemos ahora la recta 1-2 hasta la intersección con la línea 4-5 en el punto 1. Del
mismo modo, tendremos el punto 11 en la intersección de las rectas 2-3 y 5-6, y después el
punto 111 en las intersecciones 3-4 y 1-6. Si la curva examinada es una de las llamadas
"secciones cónicas", es decir, una elipse, una parábola o una hipérbola, los tres puntos 1, 11
y 111 deben estar en línea recta. Este teorema geométrico se denomina "hexágono de
Pascal".
Con una ejecución cuidadosa del dibujo, los puntos de intersección indicados quedan
siempre en línea recta. Esto demuestra que la curva examinada es una elipse, una parábola
o una hipérbola. La curva de la figura 89, evidentemente, no puede ser una elipse (la curva
no es cerrada), y esto quiere decir que el planeta se movería en tal caso por una parábola o
por una hipérbola. La relación entre la velocidad inicial y la fuerza de la atracción es tal que
el Sol sólo desvía al planeta de su trayectoria en línea recta, pero no es capaz de hacerlo
girar a su alrededor, de "prenderlo", como dicen los astrónomos.
Intentemos ahora aclarar por un procedimiento similar la segunda ley del movimiento de los
planetas, la llamada ley de las áreas. Examinemos atentamente la figura 21. Doce puntos
marcados en ella la dividen en doce partes; no son iguales en longitud, pero ya sabemos
que el planeta las recorre en tiempos iguales.
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Figura 90. Demostración geométrica de que los planetas
se mueven alrededor del Sol, siguiendo una sección
cónica. (Detalles en el texto)
Uniendo los puntos 1, 2, 3, etc. con el Sol, se obtienen 12 figuras cuyas superficies son
aproximadamente iguales a las de los triángulos que resultan si se unen esos puntos con
cuerdas. Midiendo las bases y las alturas, calcule usted las áreas. Comprobará que todos los
triángulos tienen la misma área. En otras palabras, ha verificado usted la segunda ley de
Kepler:
"Los radios vectores de las órbitas de los planetas barren áreas iguales en períodos
de tiempo iguales."
Así, pues, el compás, hasta cierto punto, ayuda a comprender las dos primeras leyes de los
movimientos de los planetas. Para aclarar la tercera ley cambiemos el compás por la pluma
y efectuemos algunos ejercicios numérico;.
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La caída de los planetas en el Sol
¿Se ha puesto a pensar alguna vez en lo que sucedería con nuestra Tierra si al encontrarse
con un obstáculo repentinamente se detuviera en su camino alrededor del Sol?
Ante todo, naturalmente, la gigantesca reserva de energía latente en nuestro planeta como
cuerpo en movimiento se transformaría en calor y encendería el globo terrestre.
La Tierra corre por su órbita decenas de veces más veloz que una bala, y no es difícil
calcular que la transformación de la energía de este movimiento en calor produciría una
extraordinaria elevación de temperatura que instantáneamente transformaría nuestro
mundo en una nube gigantesca de gases incandescentes...
Pero aun si la Tierra en su detención brusca escapara a este destino, estaría igualmente
condenada a una catástrofe ígnea; atraída por el Sol, se dirigiría hacia él con una velocidad
creciente y perecería en un abrazo de fuego.
Esta fatal caída empezaría lentamente, con velocidad de tortuga; en el primer segundo la
Tierra se aproximaría al Sol sólo 3 mm. Pero, en cada segundo, la velocidad crecería
progresivamente y alcanzaría en el último segundo 600 km. Con esta inconcebible velocidad
se precipitaría el globo terrestre sobre la superficie incandescente del Sol. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Es interesante calcular cuánto tiempo duraría este vuelo fatal. ¿Se prolongaría mucho la
agonía de nuestro mundo? A hacer este cálculo nos ayuda la tercera ley de Kepler, la cual se
refiere al movimiento no sólo de los planetas, sino también de los cometas y de todos los
cuerpos celestes que se mueven en el espacio sometidos a la gravitación universal. Esta ley
relaciona el período de revolución de un planeta (su "año") con su distancia al Sol, y dice
"Los cuadrados de los períodos de revolución de los planetas se relacionan entre sí
como los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas."
En nuestro caso podemos comparar el globo terrestre volando en línea recta hac ia el Sol
con un cometa imaginario que se mueve por efecto de la gravitación según una elipse ceñida
y muy aplastada, cuyos puntos extremos están situados: uno, en la órbita de la Tierra, y el
otro, en el centro del Sol. El semieje mayor de la órbita de este cometa, evidentemente, es
igual a la mitad del semieje mayor de la órbita de la Tierra. Calculemos cuál debe ser el
período de revolución de este cometa imaginario.
Formemos la proporción, basados en la tercera ley de Kepler
3
3
2
2
cometa) del órbita la de mayor (semieje
Tierra) la de órbita la de mayor (semieje
cometa) del revolución de (período
tierra) la de revolución de (período
=
=
El período de revolución de la Tierra es igual a 365 días; tomemos como unidad el semieje
mayor de su órbita y entonces el semieje mayor de la órbita del cometa será igual a 0,5.
Nuestra proporción toma ahora la siguiente forma:
3 2
2
5 . 0
1
cometa) del revolución de (período
365
=
de donde
(período de revolución del cometa )2 = 3652 /8
Por consiguiente,
el período de revolución del cometa = 365 / (2v 2)
Nos interesa propiamente no el período entero de revolución de este cometa imaginario,
sino la mitad de su período, es decir, la duración del vuelo en un sentido: de la órbita de la
Tierra hasta el Sol. Éste será el tiempo de duración de la caída de la Tierra en el Sol que
buscamos. Calculémoslo
65 . 5
365
32
365
8 2
365
2 :
8
365
= = =
Por lo tanto, para saber en cuánto tiempo la Tierra caería en el Sol es necesario dividir la
duración del año por v32, o sea, por 5.65. Esto da, en números redondos, 65 días.
Así, pues, hemos calculado que la Tierra, súbitamente detenida en su movimiento por su
órbita, caería en el Sol al cabo de algo más de dos meses. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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Es fácil comprender que la sencilla fórmula obtenida más arriba, basándonos en la tercera
ley de Kepler, es aplicable no solamente a la Tierra, sino a cualquier otro planeta y aun a
cada uno de los satélites. En otras palabras, que para saber en cuánto tiempo un planeta o
un satélite caería sobre su astro central es necesario dividir su período de revolución por
v32, o sea, por 5.65.
Así, por ejemplo, Mercurio, el planeta más próximo al Sol caería en el Sol en 151/2 días
Neptuno, cuyo " año" es igual a 165 años terrestres, caería en el Sol en 29 años, y Plutón,
en 44 años.
¿En cuánto tiempo caería sobre la Tierra la Luna si bruscamente detuviera su carrera?
Dividamos el tiempo de revolución de la Luna, 27.3 días, por 5.6, y nos da, casi
exactamente, 5 días. Y no sólo la Luna, sino cualquier otro cuerpo que se encontrara a la
misma distancia de nosotros que la Luna caería en la Tierra al cabo de 5 días, siempre que
no poseyera ninguna velocidad inicial y estuviera sometido sólo a la influencia de la
atracción terrestre (despreciamos la influencia del Sol, para simplificar). Utilizando la misma
fórmula, es fácil calcular el tiempo que duraría el viaje a la Luna de que habla Julio Verne en
su novela De la Tierra a la Luna4.
Volver
El yunque de Vulcano
La fórmula indicada nos permitirá resolver un curioso problema mitológico : El antiguo mito
griego de Vulcano nos cuenta que dicho dios dejó caer cierta vez su yunque y que éste cayó
desde el cielo durante 9 días seguidos antes de llegar a la Tierra. A juicio de los griegos, este
plazo correspondía a la gran altura del cielo en que moraban sus dioses; pues de la cúspide
de la pirámide de Cheops, el yunque habría caído a la Tierra en sólo 5 segundos.
Es fácil ver, sin embargo, que el espacio celeste de los antiguos griegos, si se le mide de
acuerdo con ese dato, era un tanto reducido en comparación con los conocimientos actuales.
Sabemos que la Luna caería en la Tierra al cabo de 5 días y que el yunque mítico cayó en 9
días. Esto quiere decir que el "cielo" desde el cual cayó el yunque se encuentra más allá de
la órbita de la Luna. ¿Estará muy lejos? Si multiplicamos 9 días por v32, sabremos el
período de tiempo en que el yunque daría una vuelta alrededor del globo terrestre, como si
fuera un satélite de nuestro planeta: 9 x 5.6 = 51 días.
Apliquemos ahora a la Luna y a nuestro yunque-satélite imaginario la tercera ley de Kepler.
Planteemos la proporción:
3
3
2
2
yunque) del (distancia
Luna) la de (distancia
yunque) del revolución de (período
Luna) la de revolución de (período
=
Sustituyendo por los valores correspondientes, tenemos
3
3
2
2
yunque) del (distancia
(380.000)
(51)
(27.3)
=
En donde es fácil calcular la distancia desconocida del yunque a la Tierra:
3
2
2
3
2
3 2
3 . 27
51
000 . 380
3 . 27
000 . 380 51
yunque del distancia =
´
=
El cálculo, da el siguiente resultado: 580 000 km.
4 Los cálculos están en mi libro Viajes interplanetarios. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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12
Vemos, pues, cuán pequeña sería, a juicio de un astrónomo contemporáneo, la distancia a
que se encontraba el cielo de los antiguos griegos: en total, una vez y media la distancia que
nos separa de la Luna. El mundo de los antiguos terminaba donde, según las ideas actuales;
apenas si empieza.
Volver
Los límites del sistema solar
La tercera ley de Kepler da también la posibilidad de calcular a qué distancia está la frontera
de nuestro sistema solar, si se toman como límites de éste los puntos más alejados (afelios)
de las órbitas de los cometas. Ya hemos hablado antes sobre esto; ahora haremos el cálculo
correspondiente. En el capítulo Tercero hablamos de los cometas que tienen un período de
revolución muy largo: 776 años. Calculemos la distancia x del afelio de uno de esos
cometas, sabiendo que su distancia menor al Sol, el perihelio, es igual a 1800000 km.
Tomemos en calidad de segundo astro a la Tierra y hagamos la siguiente proporción:
( )
3
3
2
2
000 . 000 . 150
000 . 800 . 1
2
1
1
776 úû
ù
êë
é +
=
x
de donde
3 2 776 000 . 000 . 150 2 000 . 800 . 1 ´ ´ = + x
y por consiguiente
x = 25.318.000.000 km
Vemos que el cometa alcanza una distancia 182 veces mayor que la de la Tierra -al Sol, o
sea, que llega cuatro veces y media más lejos que el más' distante de los planetas conocidos
por nosotros, que es Plutón.
Volver
Un error en una novela de Julio Verne
El. cometa imaginario "Galia", en el que Julio Verne desarrolla la acción de su novela Héctor
Servadac, da una vuelta completa alrededor del Sol exactamente en dos años. Otra
indicación que se encuentra en la novela es la distancia del afelio de este cometa, 820
millones de kilómetros del Sol. Aunque la distancia del perihelio no se indica en la novela,
con estos dos datos podemos afirmar que tal cometa no puede existir en nuestro sistema
planetario. Esto lo prueba un sencillo cálculo hecho de acuerdo con la tercera ley de Kepler.
Llamemos x a la distancia desconocida del perihelio en millones de km. El eje mayor de la
órbita del cometa será x +820 millones de km, y el semieje mayor
2
820 + x
millones de km. Comparando el período de revolución y la distancia del cometa con el
período y la distancia de la Tierra, tenemos, de acuerdo con la ley de Kepler
3 3
3
2
2
150 2
) 820 (
1
2
´
+
-
x
de donde Astronomía Recreativa Yakov Perelman
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x = - 343
Un resultado negativo para la magnitud de la menor distancia del cometa al Sol indica que
hay alguna discordancia en los datos iniciales del problema. En otras palabras, un cometa
con un período de revolución tan corto, 2 años, no podría, alejarse tanto del Sol como se
indica en la novela de Julio Verne.
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Cómo fue pesada la Tierra
Se cuenta humorísticamente el caso de un hombre ingenuo
que se admiraba, más que de ningún otro conocimiento
astronómico, de que los sabios supieran cómo se llaman las
estrellas. Hablando en serio, la más sorprendente conquista
de los astrónomos parecería ser que hayan podido pesar la
Tierra y los lejanos astros del cielo. En realidad, ¿de qué
manera, en qué balanza pesaron la Tierra y los demás
astros?
Empecemos con el peso de la Tierra. Ante todo, digamos qué
debe entenderse con la expresión "peso de la esfera
terrestre". Llamamos peso de un cuerpo a la presión que
ejerce sobre su apoyo o a la tensión que ejerce en el punto
de que está suspendido. Pero ni uno ni otro de estos
conceptos es aplicable al globo terrestre; la Tierra no se
apoya en nada ni está suspendida de nada. Es tanto como
decir que, en este sentido, la esfera terrestre no tiene peso.
¿Qué determinaron, pues, los hombres de ciencia "al pesar"
la Tierra? Determinaron su masa. En realidad, cuando
nosotros pedimos pesar en el almacén 1 kg de azúcar, en
nada nos interesa la fuerza con que el azúcar presiona sobre
el platillo o tira del resorte.
Del azúcar nos interesa otra cosa: pensamos solamente en cuántos vasos de té podemos,
beber con ese azúcar; en otras palabras, nos interesa la cantidad de materia que contiene.
Pero para medir la cantidad de materia hay un único procedimiento: determinar la fuerza
con que el cuerpo es atraído por la Tierra. Aceptamos que pesos iguales corresponden a
cantidades iguales de materia y juzgamos la masa de un cuerpo sólo por la fuerza con que
es atraído, ya que la atracción es proporcional a la masa.
Volviendo al peso de la Tierra diremos qué se determina su "peso" cuando se logra conocer
su masa es decir; el problema de la determinación del peso de la Tierra hay que entenderlo
como el problema del cálculo de su masa.
Describamos uno de los procedimientos para resolverlo (método de Jolly, 1871) . En la
figura 92 se ve una balanza de platillos muy sensible, en la que, de cada uno de los
extremos de la cruz, están colgados dos platillos livianos, uno superior y otro inferior. La
distancia del superior al inferior es de 20 a 25 cm. En el platillo inferior derecho colocamos
una carga esférica de masa m1. Para equilibrarla, en el platillo superior izquierdo colocamos
una carga m2. Estas cargas no son iguales, ya que, encontrándose a distinta altura, son
atraídas por la Tierra con distinta fuerza.
Figura 91. ¿En qué balanza
se pudo pesar la Tierra? Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
14
Figura 92. Uno de los procedimientos
para la determinación de la masa de
la Tierra: la balanza de Jolly
Si debajo del platillo inferior derecho colocamos una esfera grande de plomo de masa M,
entonces el equilibrio de los pesos se altera, ya que la masa m, será atraída por la masa M
de la esfera de plomo con la fuerza F proporcional al producto de estas masas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d que separa sus centros
2
1
d
M m
k F =
en donde k es la llamada constante de gravitación.
Para restablecer el equilibrio alterado, colocamos en el platillo superior izquierdo de la
balanza una pequeña carga de masa n. La fuerza con que ella presiona sobre el platillo de la
balanza, es igual a su peso, es decir, es igual a la fuerza de atracción que ejerce sobre esta
carga la masa toda de la Tierra. Esta fuerza F' es igual a
2 '
R
nM
k F T =
donde M T es la masa de la Tierra y R su radio.
Despreciando la ínfima influencia que la presencia de la esfera de plomo ejerce sobre las
cargas que se encuentran en el platillo superior izquierdo, podemos escribir la ecuación de
equilibrio en la forma siguiente:
2 2
1 '
R
nM
d
M m
F F T = = =
En esta relación todas las magnitudes, con excepción de la masa de la Tierra M T pueden ser
medidas. Esto permite determinar M T. En una de las experiencias realizadas se tuvo:
M = 5775.2 kg, R = 6366 km, d =56.86 cm m = 5.00 kg y n = 589 mg.
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
15
Y, finalmente, la masa de la Tierra resultó ser igual a 6.15 x 1027 g. La masa de la Tierra,
según numerosos cálculos recientes, basados en un gran numero de mediciones, es: M T =
5.974 x 1027g, es decir, cerca de 6000 trillones de toneladas. El error posible de estos
cálculos no es mayor de 0.1 % .
Así determinaron los astrónomos la masa del globo terrestre. Tenemos pleno derecho a decir
que pesaron la Tierra, pues cada vez que pesamos un cuerpo en la balanza de brazos, en
realidad no determinamos su peso ni la fuerza con que es atraído por la Tierra, sino su
masa: comprobamos solamente qué masa del cuerpo es igual a la masa de las pesas.
Volver
Cuál es la composición del interior de la Tierra
Aquí es oportuno señalar un error que se suele encontrar en libros y artículos de divulgación.
Tratando de simplificar la cuestión, los autores exponen el problema del peso de la Tierra de
este modo: los sabios determinaron el peso medio de 1 cm3 de nuestro planeta (es decir, su
peso específico) y, tras haber calculado geométricamente su volumen, determinaron el peso
de la Tierra multiplicando su peso específico por su volumen. El camino indicado, sin
embargo, es irrealizable no se puede medir directamente el peso específico de la Tierra, ya
que solamente nos es accesible su parte externa, su envoltura superficial5, relativamente
delgada, y nada sabemos de los materiales que constituyen la parte restante, mucho mayor,
de su volumen.
Y sabemos que el problema se resolvió a la inversa: se determinó primero la masa del globo
terrestre y luego su densidad media. Ésta resultó igual a 5.5 g por cm3, mucho mayor que la
densidad media de las rocas que forman la corteza terrestre, lo cual prueba que en las
profundidades del globo terrestre yacen materiales muy pesados. Basándose en un peso
específico supuesto y en otros factores, antes se pensaba que el núcleo de nuestro planeta
estaba constituido por hierro fuertemente condensado por la presión de la masa que está
encima. Actualmente se supone que, en líneas generales, la parte central de la Tierra no se
distingue por su composición de la corteza, pero que su densidad es mayor a consecuencia
de la gigantesca presión que soporta.
Volver
El peso del Sol y el de la Luna
Aunque parezca extraño, el peso del lejano Sol resulta mucho más fácil de determinar que el
de nuestra vecina la Luna. (Se entiende que la palabra "peso", en relación con estos astros,
la tomamos en el mismo sentido convencional que para la Tierra: se trata de la
determinación de la masa.)
La masa del Sol se determinó mediante el razonamiento siguiente. La experiencia prueba
que 1 g atrae 1 g a la distancia de 1 cm con una fuerza igual a 1/15.000.000 mg
La atracción mutua f de los dos cuerpos de masa M y m a la distancia D, de acuerdo con la
ley de la atracción universal, se expresa así
mg
000 . 000 . 15
1
2 D
Mm
f ´ =
Si M es la masa del Sol (en gramos), m la masa de la Tierra, D, la distancia entre ambos,
igual a 150.000.000 km, su atracción mutua en miligramos es igual a
5 Los minerales de la corteza terrestre han sido investigados sólo hasta una profundidad de 25 km; el cálculo indica
que, en cuanto a la composición mineralógica, se ha estudiado solamente 1/83 del volumen del globo terrestre. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
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16
mg
000 . 000 . 000 . 000 . 15 000 . 000 . 15
1
2
Mm
´ 6
Por otra parte, esta fuerza de atracción es la fuerza centrípeta que mantiene a nuestro
planeta en su órbita, la cual, de acuerdo con las reglas de la mecánica, es igual (también en
miligramos) a
D
mV 2
donde m es la masa de la Tierra (en gramos), V su velocidad circular
(igual a 30 km/s = 3 000 000 cm/s) y D la distancia de la Tierra al Sol. Por consiguiente,
D
3.000.000
m
000 . 000 . 15
1 2
2 ´ = ´
D
Mm
De esta ecuación resulta, para la incógnita M (expresada, como se dijo, en gramos:
M = 2´1033 g = 2´1027 toneladas
Dividiendo esta masa por la masa del globo terrestre, es decir, calculando
2 x 1027 /6 x 1021 = 1.000.000/3
o sea, que la masa del Sol es unas 330.000 veces mayor que la de la Tierra.
Otro procedimiento para la determinación de la masa del Sol está basado en la utilización de
la tercera ley de Kepler.
De la ley de la gravitación universal, se deduce la tercera ley en la forma siguiente
3
2
3
1
2
2 2
2
1 1
) (
) (
a
a
T m M
T m M
S
S =
+
+
en donde MS es la masa del Sol, T el período de revolución sinódica del planeta, a la
distancia media del planeta al Sol y m la masa del planeta. Aplicando esta ley a la Tierra y a
la Luna, tenemos
3
3
2
2
) (
) (
L
T
L L T
T L S
a
a
T m m
T m M
=
+
+
Sustituyendo aT, aL, TT y TL, por sus valores, deducidos de observaciones, y despreciando,
para una primera aproximación en el numerador la masa de la Tierra (pequeña si se
compara con la masa del Sol) y en el denominador la masa de la Luna. (pequeña comparada
con la masa de la tierra), resulta ,
M
S / mT = 330.000
Sabiendo la masa de la Tierra, deducimos la masa del Sol. Así, pues, el Sol es un tercio de
un millón de veces más pesado que la Tierra. Es fácil calcular también la densidad media del
globo solar: para esto basta dividir su masa por, su volumen. Resulta que la densidad del
Sol es, aproximadamente, cuatro veces menor que la de la Tierra.
Por lo que se refiere a la masa de la Luna, como dijo un astrónomo, "aunque está tan cerca
de nosotros, más que todos los demás cuerpos celestes, es más difícil pesarla que pesar a
6 Más exactamente, dinas; 1 dina = 0.98 mg. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
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17
Neptuno, el más alejado (entonces) de los planetas". La Luna no tiene satélite que ayude a
calcular su masa, como acabamos de calcular la masa del Sol. Los hombres de ciencia
tuvieron que acudir a otros métodos mucho más complejos, de los cuales citaremos uno
solo. Se reduce a la comparación de la altura de las mareas producidas por el Sol con la de
las mareas producidas por la Luna.
La altura de las mareas depende de la masa y de la distancia del cuerpo que las produce, y
como la masa y la distancia del Sol son conocidas y la distancia de la Luna también, por la
comparación de las alturas de las mareas se determina la masa de la Luna. Ya volveremos a
este cálculo cuando hablemos de las mareas. Ahora damos solamente el resultado final.
La masa de la Luna es 1/81 de la masa de la Tierra (figura 93).
Figura 93. La Tierra "pesa" 81 veces más que la Luna
Sabiendo el diámetro de la Luna, calculamos su volumen: resulta ser 49 veces menor que el
volumen de la Tierra.
De acuerdo con esto, la densidad media de nuestro satélite es 49/81 = 0.6 de la densidad
de la Tierra
Lo cual quiere decir que la Luna está constituida en conjunto por una materia más liviana
que la de la Tierra, pero mucho más densa que la del Sol. Luego veremos que la densidad
media de la Luna es superior a la densidad media de la mayoría de los planetas.
Volver
El peso y la densidad de los planetas y de las estrellas
El procedimiento seguido para determinar el "peso" del Sol es aplicable a la determinación
del peso de cualquier planeta que tenga por lo menos un satélite.
Sabiendo la velocidad media v del movimiento del satélite por su órbita y su distancia media
D al planeta, igualamos la fuerza centrípeta que mantiene al planeta en su órbita,
D
mv
F
2
=
con la fuerza de la atracción mutua del satélite y el planeta, es, decir
2 D
mM
k F = Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
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18
expresión en la que k es la fuerza de atracción de 1 g a 1 g a la distancia de 1 cm, m es la
masa del satélite y M la masa del planeta:
2
2
D
mM
k
D
mv
=
de donde
M = Dv2
fórmula con la cual es fácil calcular la masa M del planeta.
La tercera ley de Kepler, aplica a este caso, nos da
3
3
2
2
) (
) (
S
p
S S P
p p S
a
a
T m m
T m M
=
+
+
Y de aquí, despreciando en los paréntesis los sumandos pequeños, sacamos la relación
de la masa del Sol a la masa del planeta MS / mP. Conociendo la masa del Sol, se puede
determinar fácilmente la masa del planeta.
Un cálculo semejante es aplicable a las estrellas dobles, con la única diferencia de que
entonces, como resultado del cálculo, no se obtiene por separado la masa de cada estrella
del par dado, sino la suma de sus masas.
Mucho más difícil es determinar la masa de los satélites de los planetas y, también, la masa
de los planetas que no tienen satélites.
Por ejemplo, las masas de Mercurio y de Venus se calcularon partiendo de la influencia
perturbadora que ejercen uno sobre otro, sobre la Tierra y sobre el movimiento de unos
cometas.
Para los asteroides, cuyas masas son tan pequeñas que no ejercen unas sobre otras ninguna
influencia perturbadora notable, el problema de la determinación de la masa, en general,
está sin resolver. Sólo se conoce, y en forma problemática, el límite superior de la masa
total de todos éstos minúsculos planetas.
Por la masa y el volumen de los planetas es fácil calcular su densidad media. Los resultados
se dan en la tabla siguiente:
Densidad de la Tierra = 1
Mercurio
Venus
La Tierra
Marte
1.00
0.92
1.00
0.74
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
0.24
0.13
0.23
0.22
La tabla nos dice que la Tierra y Mercurio son los planetas más densos de nuestro sistema.
Las reducidas densidades medias de los planetas mayores se explican porque el núcleo
central sólido de cada planeta mayor está cubierto por una atmósfera gigantesca que es de
masa pequeña, pero que aumenta mucho el volumen del planeta.
Volver
La gravedad en la Luna y en los planetas
Las personas poco conocedoras de la astronomía manifiestan a menudo asombro porque los
hombres de ciencia que no han visitado la Luna y los planetas, hablan en tono seguro sobre
la fuerza de la gravedad existente en sus superficies. Es muy fácil, no obstante, calcular Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
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19
cuántos kilogramos deberá pesar una pesa transportada a otro astro. Para esto sólo se
necesita conocer el radio y la masa del cuerpo celeste.
Figura 94. Lo que pesaría un hombre en los distintos
planetas
Determinemos, por ejemplo, la intensidad de la gravedad en la Luna. La masa de la Luna,
como sabemos, es 81 veces menor que la masa de la Tierra. Si la Tierra poseyera una masa
tan pequeña, la tensión de la fuerza de la gravedad en su superficie sería 81 veces menor
que la actual. Pero, de acuerdo con la ley de Newton, una esfera atrae como si toda su masa
estuviera concentrada en su centro.
El centro de la Tierra dista de su superficie un radio terrestre; el centro de la Luna dista de
su propia superficie un radio lunar. Pero el radio lunar constituye los 27/100 del terrestre, y
por la disminución de la distancia 27/100 veces, la fuerza de atracción se aumenta
(100/27)2 veces. Esto significa, en resumen, que la fuerza de atracción en la superficie de
la Luna es
terrestre la de
6
1
81 27
100
2
2
"
´
Así, una pesa de 1 kg transportada a la superficie de la Luna no pesaría allí más que 1 de
kg, pero, naturalmente, la
Así, una pesa de 1 kg transportada a la superficie de la Luna no pesaría allí más que 1/6 de
kg, pero, naturalmente, la disminución del peso sólo podría ponerse de manifiesto mediante
una balanza de resorte (figura 94), y no con una de brazos.
Una curiosidad interesante es que, si en la Luna hubiera agua, un nadador se sentiría en el
agua de la Luna igual que en la Tierra. Su peso disminuiría seis veces. Pero como también
disminuiría igual número de veces él peso del agua desplazada por él, la relación entre estos
pesos sería la misma que en la Tierra y el nadador se sumergiría en el agua lunar lo mismo
que en el agua terrestre.
En cambio, el esfuerzo para elevarse sobre el agua le daría en la Luna un resultado mucho
mayor; como el peso del cuerpo del nadador disminuye, puede ser levantado con un menor
esfuerzo de los músculos. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
20
A continuación se da una tabla del valor de la gravedad en los distintos planetas, en
comparación con la Tierra.
Mercurio
Venus
Tierra
Marte
Júpiter
0.26
0.90
1.00
0.37
2.64
Saturno
Urano
Neptuno
Plutón
1.13
9.85
1.14
¿
Como indica la tabla, la Tierra ocupa en lo tocante a gravedad el cuarto lugar en el sistema
solar, después de Júpiter, Neptuno y Saturno7.
Volver
Gravedad "record"
La gravedad alcanza su mayor valor en la superficie de aquellos "enanos blancos", del tipo
de Sirio B, de que hablamos en el capítulo IV. Se comprende fácilmente que la gigantesca
masa de estos astros, en relación con su pequeño radio, debe determinar una fuerza de
atracción sumamente intensa en sus superficies. Hagamos el cálculo para la estrella de la
constelación de Casiopea cuya masa es 2.8 veces mayor que la masa de nuestro Sol y cuyo
radio es dos veces menor que el radio de la Tierra. Recordando que la masa del Sol es
330000 veces mayor que la de la Tierra, deducimos que la fuerza de la gravedad en la
superficie de la estrella mencionada supera la de la Tierra en
2.8 x 330.000 ´ 22 = 3.700.000 veces.
1 cm3 de agua, que pesa en la Tierra 1 g, pesaría en la superficie de esta estrella casi 33/4
toneladas (!); 1 cm3 de materia de la misma estrella (que es 36.000.000 de veces más
densa que el agua) debe tener, en ese asombroso mundo, el peso excepcional de
3.700.000 ´ 36.000.000 = 133.200.000.000.000 g.
Un dedal de materia que pesa cien millones de toneladas; he aquí una curiosidad sobre cuya
existencia en el universo no pensaban hasta hace poco ni los más audaces fantaseadores.
Volver
La gravedad en el interior de los planetas
¿Cómo variaría el peso de un cuerpo si fuera transportado a las profundidades de un
planeta, por ejemplo, al fondo de una mina de extraordinaria profundidad?
Figura 95. Un cuerpo
que se halle dentro de
una envoltura esférica,
no tiene peso
Figura 96. ¿De qué
depende el peso del
cuerpo en el interior del
planeta?
Figura 97. Cálculo
de la variación del
peso de un cuerpo
como consecuencia
7 Quien desee conocer más detalladamente las manifestaciones de la gravitación en el universo, encontrará muchas
informaciones valiosas en el libro, escrito en un lenguaje al alcance de todos, del profesor K. L. Baev La gravitación
universal, 1936. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
21
no tiene peso planeta? como consecuencia
de su acercamiento
al centro del
planeta
Muchos creen erróneamente que en el fondo de esta mina el cuerpo debería hacerse más
pesado, pues está más cerca del centro del planeta, es decir, del punto hacia el cual son
atraídos todos los cuerpos. Este razonamiento, sin embargo, no es correcto: la fuerza de
atracción hacia el centro del planeta no crece con la profundidad, sino que, a la inversa,
disminuye. Una explicación de esto, al alcance de todos, podrá encontrarla el lector en mi
Física recreativa. Para no repetir lo allí dicho, me limitaré a indicar lo que sigue.
En mecánica se demuestra que un cuerpo situado en la cavidad de una envoltura esférica
homogénea está totalmente desprovisto de peso (figura 95). De donde se deduce que un
cuerpo que se encuentra dentro de una esfera maciza y homogénea, está sólo sujeto a la
atracción de la parte de materia comprendida en la esfera de radio igual a la distancia del.
cuerpo al centro (figura 96).
Apoyándose en esto, es fácil deducir la ley según la cual varía el peso de un cuerpo a
medida que se aproxima al centro del planeta. Llamemos R al radio del planeta (figura 97);
y r a la distancia del cuerpo al centro del planeta. La fuerza de atracción del cuerpo en este
punto deberá crecer
veces
2
÷ø
ö
çè
æ
r
R
y al mismo tiempo disminuir veces
3
÷ø
ö
çè
æ
r
R
, ya que la parte del planeta que ejerce atracción
disminuye este número de veces ( R ), es decir, r veces. En conclusión, la fuerza de
atracción deberá disminuir
veces
r
R
decir, es
:
2 3
÷ø
ö
çè
æ
÷ø
ö
çè
æ
r
R
r
R
Esto significa que en el interior de los planetas el peso de un cuerpo debe disminuir tantas
veces cuantas disminuya su distancia al centro. Para un planeta de las dimensiones de la
Tierra, que tiene un radio de 6400 km, un descenso de 3200 km debe acompañarse de una
reducción del peso a la mitad; un descenso de 5600 km, de una reducción del peso igual a
6.400/(6.400-5.000)
es decir, ocho veces.
En el centro mismo del planeta, el cuerpo debería perder su peso por completo, ya que
6.400/(6.400-6.400) = 0
Por otra parte, este resultado era de prever sin necesidad de cálculo, puesto que en el
centro del planeta el cuerpo es atraído en todos los sentidos con la misma fuerza por la
materia que lo rodea. Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
22
Los razonamientos anteriores se refieren a un planeta imaginario homogéneo en cuanto a
densidad. A los planetas verdaderos sólo pueden aplicarse con reservas. En particular, para
el globo terrestre, cuya densidad en las capas profundas es mayor que cerca de la
superficie, la ley de la variación de la gravedad con la aproximación al centro se aparta algo
de lo que acabamos de decir: hasta cierta profundidad (relativamente no muy grande), la
atracción crece, y sólo para las profundidades siguientes empieza a disminuir.
Volver
El problema del barco
Pregunta
¿Cuándo pesa menos un barco, en una noche con Luna o en una noche sin Luna?
Solución
El problema es más complejo de lo que parece. No se puede contestar inmediatamente que
en una noche con Luna el barco, como todos los objetos que se hallan en la mitad del globo
terrestre iluminada por ella, debe ser menos pesado que en una noche sin Luna porque la
"Luna lo atrae". Pues, al mismo tiempo que al barco, la Luna atrae también a toda la Tierra.
En el vacío, todos los cuerpos sometidos a la gravitación se mueven con la misma velocidad;
la Tierra y el barco reciben por efecto de la atracción de la Luna aceleraciones iguales, y no
debería manifestarse una disminución del peso del barco. Y, sin embargo, el barco iluminado
por la Luna es más liviano que en una noche sin Luna.
Expliquemos por qué. Sea O (figura 98) el centro del globo terrestre, A y B el barco en
puntos diametralmente opuestos de la esfera, r el radio de la esfera y D la distancia del
centro L de la Luna al centro O del globo terrestre.
Llamaremos M a la masa de la Luna y m a la del barco. Para simplificar el cálculo, tomemos
los puntos A y B de modo que la Luna se encuentre para ellos, respectivamente, en el cenit
y en el nadir.
Figura 98. El efecto de la atracción lunar sobre las partículas del globo
terrestre
La fuerza con que la Luna atrae al barco en el punto A (es decir, en una noche con Luna) es
igual a
( )2 r D
mM
k F
-
=
donde k = 1/15.000.000
En el punto B en una noche sin Luna), el mismo barco es atraído por la Luna con la fuerza
( )2 r D
mM
k F
+
=
la diferencia de ambas atracciones es igual a
Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
23
2 2
3 1
4
ú úû
ù
ê êë
é
÷ø
ö
çè
æ -
´
D
r
D
r
kMm
Como (r / D)2 = (1 / 60)2 es una magnitud muy pequeña, se puede despreciar. De este
modo, la expresión se simplifica mucho y toma la forma
3
4
D
r
kMm´
que transformamos así
15
1 4
2 2 ´ = ´
D
kMm
D
r
D
kMm
¿Qué representa 2 D
kMm
?
Se comprende fácilmente que es la fuerza con que la Luna atrae al barco a la distancia D de
su centro.
En la superficie de la Luna, el barco cuya masa es igual a m pesa m/6
A la distancia D de la Luna es atraído por ésta con la fuerza m / 6D2. Como D = 220 radios
lunares, se tiene que
000 . 300 220 6 2 2
m m
D
kMm
"
´
=
Volviendo ahora al cálculo de la diferencia de las atracciones, tenemos
000 . 500 . 4 000 . 300
1
15 2
m m
D
kMm
´ " ´
Si el peso del barco es de 45 000 toneladas, la diferencia entre el peso de una noche con
Luna y el de una noche sin Luna es igual a
45.000.000 / 4.500.000 = 10 kg
Resulta, pues, que en una noche con Luna el barco pesa menos que en una noche sin Luna,
aunque una cantidad insignificante.
Volver
Las mareas lunares y solares
El problema que acabamos de examinar nos ayuda a comprender la causa fundamental de
las mareas. No se debe pensar que la ola de la marea se eleva simplemente porque la Luna
o el Sol atraen directamente al agua. Ya hemos explicado que la Luna atrae no sólo lo que
se encuentra sobre la superficie de la Tierra, sino toda la esfera terrestre. Lo cierto es, sin
embargo, que el astro que ejerce la atracción está más lejos del centro de la Tierra que de
las partículas de agua que se hallan en la cara de la Tierra que mira hacia la Luna. La
diferencia entre las fuerzas de atracción se calcula del misma modo que calculamos antes la Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
24
diferencia entre las fuerzas de atracción en el caso del barco. En un punto en cuyo cenit está
la Luna.
Cada kilogramo de agua es atraído por ella con 3
2
D
kMr
mas fuerza que un kilogramo de
materia en el centro de la Tierra, y el agua situada en un punto diametralmente opuesto de
la Tierra, con tanta menos fuerza.
Como consecuencia de esta diferencia el agua se eleva en ambos casos sobre la superficie
sólida de la Tierra: en el primero, porque el agua se desplaza más hacia la Luna que la parte
sólida del globo terrestre; en el segundo, porque la parte sólida de la Tierra se desplaza
hacia la Luna más que el agua8.
Una acción parecida ejerce también sobre el agua del océano la atracción del Sol. Pero ¿cuál
de las acciones es más fuerte: la del Sol o la de la Luna? Si se comparan sus atracciones por
separado resulta que la acción del Sol es más fuerte. En efecto, la masa del Sol es 330 000
veces mayor que la masa de la Tierra; la masa de la Luna es 81 veces menor, o sea, es
menor que la solar 3 30 000 x 81 veces. La distancia del Sol a la Tierra es igual a 23400
radios terrestres, y la de la Luna a la Tierra, a 60 radios terrestres. Esto quiere decir que la
atracción que sobre la Tierra ejerce el Sol con respecto a la atracción que ejerce la Luna es
igual a
170
60
1
:
400 . 23
81 000 . 330
2 2 "
´
Así pues, el Sol atrae todos los objetos terrestres con fuerza 170 veces mayor que la Luna.
Se podría pensar por esto que las mareas solares son más altas que las lunares. En realidad,
sin embargo, se observa lo contrario: las mareas lunares son mayores que las solares. Esto
concuerda totalmente con el cálculo si se aplica la fórmula
3
2
D
kMr
Si llamamos MS a la masa del Sol, ML a la masa de la Luna, DS a la distancia del Sol y DL a
la de la Luna, la relación entre las fuerzas del Sol y de la Luna que engendran las mareas
será
3
3
3 3
2
:
2
S
L
L
S
L
L
S
S
D
D
M
M
D
r kM
D
r kM
´ =
Supongamos conocida la masa de la Luna, e igual a 1/80 de la masa de la Tierra.
Sabiendo que el Sol está 400 veces más lejos que la Luna tenemos:
42 . 0
400
1
81 000 . 330 3 3
3
= ´ ´ = ´
S
L
L
S
D
D
M
M
Lo cual significa que las mareas producidas por el Sol deben ser aproximadamente 21 veces
más bajas que las lunares.
8 Aquí se indica solamente la causa fundamental del flujo y el reflujo; en conjunto el fenómeno es más complejo,
pues está condicionado también por otras causas (efecto centrífugo de la rotación del globo alrededor del centro
común de las masas de la Tierra y la Luna, etc.). Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
25
Es oportuno exponer aquí la forma en que, por comparación de las alturas de las mareas
lunares y solares, fue determinada la masa de la Luna. Observar separadamente la altura de
unas y otras mareas no es posible; el Sol y la Luna siempre actúan en conjunto. Pero se
puede medir la altura de las mareas cuando las acciones de ambos astros se suman (es
decir, cuando la Luna y el Sol están colocados en línea recta con la Tierra) y cuando dichas
acciones se oponen (la recta que une al Sol con la Tierra es perpendicular a la recta que une
a la Luna con la Tierra). Las observaciones mostraron que en el segundo caso las mareas
son de altura igual a 0.42 de las primeras. Si la fuerza de la Luna que engendra las mareas
es igual a x, y la del Sol a y, tenemos que
(x + y) : (x - y) = 100 : 42
de donde
x : y = 71 : 29
Como la masa del Sol MS = 330.000 MT (MT es la masa de la Tierra), de la última anterior se
deduce fácilmente que la masa de la Luna es 1 / 80 de la masa de la Tierra.
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La Luna y el estado del tiempo
Muchas personas se interesan por el problema de saber cuál es la influencia que sobre la
presión atmosférica pueden ejercer las mareas producidas por la Luna en el océano aéreo de
nuestro planeta. El problema tiene una larga historia. Las mareas de la atmósfera terrestre
fueron descubiertas por el gran sabio ruso N. V. Lomonosov, que las llamó "olas aéreas". Se
han ocupado de estas olas muchos hombres de ciencia; sin embargo; sobre el papel que
desempeñan las mareas aéreas existen ideas erróneas muy extendidas. Los no
especializados creen que en la ligera y móvil atmósfera de la Tierra, la Luna provoca
gigantescas olas de marea, que cambian sensiblemente la presión de la atmósfera y que,
por tanto, deben tener un efecto decisivo en meteorología.
Esta opinión es completamente errónea. Se puede demostrar teóricamente que la altura de
la marea atmosférica no supera la altura de la marea en medio del océano. Esta afirmación
resulta desconcertante, pues si el aire, incluso en las capas inferiores más densas, es casi
mil veces más ligero que el agua, cómo es posible que la atracción lunar no lo levante a una
altura mil veces mayor? Sin embargo, esto no es más paradójico que las velocidades iguales
con que caen en el vacío los cuerpos de pesos diferentes.
Recordemos el experimento que se hace en las escuelas con el tubo vacío, dentro del cual
una bolita de plomo cae al mismo tiempo que una pluma. El fenómeno de la marea, en fin
de cuentas, viene, a ser como una caída en el espacio universal del globo terrestre y sus
envolturas más livianas por efecto de la gravitación de la Luna (y del Sol). En el vacío sideral
todos los cuerpos, los pesados y los ligeros, caen con la misma velocidad, reciben de la
fuerza de gravitación la misma aceleración, si sus distancias al centro de atracción son
iguales.
Lo dicho nos lleva a pensar que la altura de las mareas atmosféricas deberá ser la misma
que la de las mareas oceánicas lejos de las costas. En realidad si reparamos en la fórmula
que sirve para calcular la altura de las mareas, vemos que en ella figuran solamente las
masas de la Luna y de la Tierra, el radio del globo terrestre y las distancias de la Tierra y de
la Luna. Ni la densidad del líquido que se levanta ni la profundidad del océano entran en
esta fórmula. Si remplazamos el océano de agua por el aire, no alteramos el resultado del
calculó y tenemos para la marea atmosférica la misma altura que para la marea oceánica.
Sin embargo, esta ultima es insignificante. La altura teórica de la mayor marea en mar
abierto es de alrededor de medio metro, y sólo la configuración de las costas y del fondo,
estrechando la ola de la marea, la levantan en algunos puntos aislados hasta diez metros o Astronomía Recreativa Yakov Perelman
Capítulo 5 Preparado por Patricio Barros
Antonio Bravo
26
más. Hay aparatos muy interesantes para la predicción de la altura de la marea, en un sitio
dado y en cualquier momento, por las posiciones del Sol y de la Luna.
En el inmenso océano del aire nada puede alterar el cuadro teórico de la marea lunar y
cambiar su máxima altura teórica, que es de medio metro. Una elevación tan pequeña sólo
puede ejercer en la magnitud de la presión atmosférica una influencia muy poco importante.
Laplace, que se ocupó de la teoría de las mareas aéreas, llegó a la conclusión de que las
oscilaciones de la presión atmosférica a ellas debidas no deben ser mayores de 0.6 mm en la
columna de mercurio, y que el viento producido por las mareas atmosféricas puede alcanzar
una velocidad no mayor de 7.5 cm/s.
Resulta evidente que las mareas aéreas no pueden desempeñar ningún papel importante
como factores del clima.
Estos razonamientos muestran cuán sin fundamento son los intentos de los diversos
"profetas de la Luna" de predecir el tiempo por la posición de nuestro satélite en el cielo.
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