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Eclipses, tránsitos y ocultaciones

Luis CuestaPor Luis Cuesta* y Mar Gulis (CSIC)

Si miramos al cielo con atención mañana por la tarde-noche podremos observar un sutil eclipse de luna desde la mayor parte de España. Parte de nuestro satélite se teñirá de rojo y se oscurecerá, sin dejar de verse por completo, al bloquear la Tierra los rayos de Sol que llegan a la Luna. Es lo que se conoce como un eclipse penumbral parcial, que se produce cuando los tres cuerpos se alinean de forma que una parte de la Luna entra en el cono de penumbra creado por la Tierra.

eclipse luna

Eclipse total de luna visto desde el Observatorio de Calar Alto (Almería). / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Aprovechamos la ocasión para hablaros de eclipses, tránsitos y ocultaciones; fenómenos que se producen cuando los cuerpos astronómicos se encuentran alineados. Es la diferencia en el tamaño aparente de los cuerpos lo que hace que se dé uno de ellos y no los otros.

Se habla de eclipse cuando el tamaño de los cuerpos es similar. Así, en los eclipses de Sol los tamaños aparentes de nuestra estrella y nuestro satélite son casi iguales, por lo que la Luna tapa completamente al Sol. A veces, los cambios en las distancias relativas, debidos a que las órbitas no son exactamente circulares, producen eclipses anulares, en los que la Luna no tapa completamente el disco solar.

La ocultación ocurre cuando el cuerpo más cercano, el que pasa por delante y produce la ocultación, es mucho más grande que el más lejano, el ocultado. El cuerpo ocultado desaparece completamente durante un tiempo hasta que vuelve a aparecer al otro lado del ocultador. Es lo que pasa, por ejemplo, cuando los planetas del sistema solar pasan por detrás del Sol.

transito venus

Tránsito de Venus visto desde Cartagena. / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Por el contrario, un tránsito se da cuando el cuerpo más cercano, el que pasa por delante, es mucho más pequeño que el más lejano, el transitado. Durante el tránsito, el cuerpo pequeño no tapa completamente al grande, sólo oculta parte de su luz en la zona del tránsito. Sólo los planetas interiores, como Mercurio y Venus, pueden producir tránsitos sobre el Sol. En promedio, se producen 13 tránsitos cada 100 años en el caso de Mercurio –el próximo será en noviembre 2019– y cada 1000 años en el caso de Venus –habrá que esperar a 2117 para ver el siguiente–.

 

¿Por qué hay tan pocos eclipses de Sol si la Luna pasa por delante de él cada 28 días?

Un dato importante es que no basta con que los cuerpos estén en conjunción (es decir, que se encuentren en la misma posición proyectada sobre el plano de su órbita) para que se produzca uno de estos fenómenos: los cuerpos, además, deben estar debidamente alineados. Eso explica que no tengamos un eclipse de Sol y otro de Luna más o menos cada 28 días, cada vez que la Luna pasa por delante del Sol (luna nueva) o detrás de la Tierra (luna llena). Los eclipses son eventos poco frecuentes porque la órbita de la Luna está inclinada un poco más de 5 grados con respecto al plano de rotación de la Tierra, de forma que la mayoría de las veces que los astros están en conjunción no se alinean de forma necesaria para que ocurran estos fenómenos.

De igual manera, no siempre que Marte está en conjunción con el Sol se produce una ocultación (Marte pasa por detrás del Sol) porque su órbita tiene una ligera inclinación de casi 2 grados con respecto a la eclíptica. Tampoco en el caso de Mercurio, con 7 grados de inclinación de su órbita, ocurre un tránsito o una ocultación cada vez que se produce una conjunción con el Sol.

conjunción mercurio

Ejemplos de posibles conjunciones de Mercurio. En el caso A) no se produce tránsito, en el caso B), sí porque están además alineados. / Luis Cuesta.

Los tránsitos, claves en la ‘caza’ de exoplanetas

Los tres eventos que hemos visto han servido a lo largo de la historia para determinar parámetros fundamentales en astronomía. Por ejemplo, los tránsitos sirvieron para obtener la primera medida bastante aproximada de la distancia entre la Tierra y el Sol, parámetro en el que se basan todas las medidas de distancia al resto de objetos en el universo. Las ocultaciones, por su parte, han servido para determinar la forma, posibles satélites e incluso la atmósfera de varios planetas menores del Sistema Solar, como Plutón. En estos casos, lo que se ha observado es la ocultación de estrellas por estos cuerpos.

Eclipse anular de sol de visto cerca del horizonte. / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Eclipse anular de sol de visto cerca del
horizonte. / Juan Pedro Gómez Sánchez.

Hasta ahora hemos hablado sobre todo de eventos dentro de nuestro Sistema Solar pero los tránsitos, ocultaciones y eclipses también se producen en estrellas lejanas. Las estrellas dobles eclipsantes son un buen ejemplo y han servido para detectar los primeros agujeros negros. Pero por lo que destacan sobre todo los tránsitos es por su importancia en la búsqueda de vida en el Universo más allá de la Tierra. En los últimos años han sido la herramienta que ha permitido detectar la mayor parte de los exoplanetas que conocemos.

El efecto es similar al que se da en los tránsitos de Mercurio o Venus por delante del Sol: el exoplaneta, mucho más pequeño que su estrella, no la oculta completamente y únicamente produce una ligera disminución en la luz observada cuando pasa por delante. A partir de esta variación periódica del brillo se puede determinar la órbita del astro y su tamaño. En algunos casos, cuando ha sido posible observar también el tránsito secundario (cuando el exoplaneta pasa por detrás de la estrella), se ha podido estimar además la masa del exoplaneta y su temperatura. Además, en ciertos casos, se ha podido evidenciar la presencia de una atmósfera alrededor del exoplaneta estudiando la luz de la estrella que la atraviesa (algo parecido a lo que sucede con la luz que tiñe de rojo nuestro satélite durante un eclipse de luna).

Curva de luz de la estrella WASP-3 durante el tránsito de su exoplaneta. / Luis Cuesta.

Curva de luz de la estrella WASP-3 durante el tránsito de su exoplaneta. / Luis Cuesta.

Gracias a esta técnica ya se han encontrado varios planetas muy parecidos a la Tierra en tamaño, aunque todavía no con condiciones adecuadas para la vida tal y como se da en la Tierra. La ventaja del estudio de estos tránsitos es que se reproducen en cada paso del exoplaneta y permiten mejorar los resultados repitiendo sistemáticamente las observaciones. Pero, además, es seguro que el avance de las técnicas de observación nos llevará a encontrar gemelos de la Tierra con condiciones propicias para la vida. Determinar realmente su existencia en esos exoplanetas es otra cuestión pues aún no se ha dado con un identificador inequívoco de vida; es otro camino por recorrer en astrobiología.

 

* Luis Cuesta es astrofísico y se dedica a la promoción y divulgación de la ciencia.

¿Cómo se imaginaban la Luna en el siglo XIX?

Fotografía de un molde de escayola construido por Nasmyth recreando la región del cráter Copérnico. Publicada en ‘La Luna: considerada como un planeta, un mundo y un satélite’ (1874).

Fotografía de un molde de escayola construido por Nasmyth recreando la región del cráter Copérnico. Publicada en La Luna: considerada como un planeta, un mundo y un satélite (1874).

Por Montserrat Villar y Mar Gulis (CSIC)*

Mira esta fotografía de un cráter lunar. ¿Dirías que es real o que se trata de una maqueta? Publicada en 1874 por el ingeniero mecánico e inventor James Nasmyth (1808-1890) y el astrónomo James Carpenter (1840-1899), la imagen solo puede ser una recreación…  aunque es sorprendentemente buena para la época.

Pese a que por aquel entonces hacía varias décadas que se habían empezado a obtener fotografías de nuestro satélite, la calidad no era suficiente para resaltar los detalles de su superficie con la nitidez que los autores deseaban. En lugar de esto, Nasmyth construyó moldes de escayola del relieve lunar inspirados en observaciones telescópicas realizadas junto a Carpenter. Los moldes fueron iluminados con diferentes intensidades y desde distintos ángulos, controlando las condiciones con exquisito cuidado, y posteriormente fotografiados.

Hoy en día algunas de esas imágenes siguen dando a primera vista la impresión de haber sido tomadas in situ. Pero hay más. Nasmyth y Carpenter no limitaron su recreación de la Luna a estos moldes –que en la actualidad se conservan en el Museo de la Ciencia de Londres–. En su libro La luna: considerada como un planeta, un mundo y un satélite, donde se incluyeron las fotografías, los autores trataron de describir otras sensaciones que experimentaría en la Luna un ser humano que encontrara un método para poder respirar.

Molde de escayola de una porción de la superficie lunar realizado por Nasmyth. / Museo de Ciencias , Londre (CC-BY-NC-ND-2.0.)

Molde de escayola de una porción de la superficie lunar realizado por Nasmyth. / Museo de Ciencias , Londres (CC-BY-NC-ND-2.0.).

Detallaron, por ejemplo, los efectos de la ausencia de aire. Incluso cuando el Sol o la Tierra brillaran altos sobre el horizonte, al no haber difusión de la luz como ocurre en nuestra atmósfera, se vería un cielo totalmente negro salpicado por las luces de estrellas y planetas, que se apreciarían con mayor nitidez que en cualquier noche terrestre.

Nasmyth y Carpenter también imaginaron los cambios en el paisaje producidos por los marcados juegos de luces y sombras sobre el relieve lunar; o los contrastes de color debidos a la composición de la superficie, donde diferentes minerales darían coloraciones especiales y únicas a la escena.

Además recrearon el espectáculo de un eclipse solar producido por la Tierra. En la ilustración realizada por Nasmyth,  se aprecia el Sol en la distancia eclipsado por nuestro planeta, tal y como lo vería un observador en  la Luna. Su forma empieza a despuntar detrás del círculo terrestre, que tiene un tamaño aparente unas cuatro veces mayor. La corona aparece impresionante. La luz solar atraviesa la fina capa de la atmósfera de nuestro planeta rodeándolo de un halo brillante y rojizo que ilumina un paisaje montañoso y salvaje donde reina la desolación.

El Sol eclipsado por la Tierra visto desde la Luna. / Ilustración de James Nasmyth.

El Sol eclipsado por la Tierra visto desde la Luna. / Ilustración de James Nasmyth.

Junto a sugerentes imágenes, en el libro también hay espacio para el “mortal silencio que reina en la luna”: “Mil cañones podrían ser disparados y mil tambores golpeados en aquel mundo sin aire, pero ningún sonido saldría de ellos. Labios que podrían temblar, lenguas que intentarían hablar, pero ninguna de sus acciones rompería el silencio de la escena lunar”.

 

* Montserrat Villar es investigadora en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) en el grupo de Astrofísica extragaláctica. 

Te contamos la historia del cosmos comprimida en un año

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Por Ricardo Moreno, Susana Deustua y Rosa M. Ros *

Supongamos que todo el tiempo desde el Big Bang hasta ahora [13.700 millones de años aproximadamente] lo comprimimos en un año, del 1 de enero al 31 de diciembre. Hasta mayo no se formó nuestra Vía Láctea. A primeros de septiembre se formó el Sol, y la Tierra tuvo forma esférica a mediados de ese mes. Pero no es hasta primeros de diciembre cuando el oxígeno se hace presente en nuestra atmósfera. Aunque unas células vivas muy sencillas aparecen enseguida sobre la Tierra, las células con núcleo como las actuales aparecen el 2 de diciembre y el día 12 los primeros organismos pluricelulares. El 19 aparecen las plantas y peces, y el 23 los árboles, insectos y reptiles. El 25 aparecen los dinosaurios, que duran hasta el 28. En el día 30 los mamíferos viven ya sobre la Tierra, pero no es hasta el 31 de diciembre, a las 23:00, cuando aparece el homo sapiens. En el último minuto se pintan las cuevas de Altamira. Cinco segundos antes de las doce de la noche es cuando nace Jesucristo. El último siglo serían las últimas dos décimas de segundo.

Calendario cósmico

 

* Este pasaje forma parte del libro 14 pasos hacia el Universo (2012). Es una de las múltiples iniciativas puestas en marcha por la Network for Astronomy School Education (NASE), con la que colabora el CSIC, con el objetivo de acercar la astronomía al profesorado de Primaria y Secundaria.

Eclipses de Sol inscritos en caparazones de tortuga

Por Montserrat Villar (CSIC)*M. Villar

Los huesos del oráculo o ‘huesos oraculares’ son reliquias con más de 3.000 años de antigüedad. Se remontan a la segunda mitad de la era de la dinastía Shang que reinó en China central entre aproximadamente el 1550 y el 1050 aC. Se trata de pedazos de huesos de animal y de caparazones de tortuga inscritos con una forma primitiva de escritura china. Los adivinos de la corte los utilizaban para hacer profecías consultando a los espíritus ancestrales, pues se les atribuía el poder de influir en los vivos. Para ello, se preparaban las superficies puliendo los huesos de animal o la parte inferior de los caparazones de tortuga, y los adivinos preguntaban a los ancestros e interpretaban las respuestas a partir de las grietas que aparecían al aplicar calor con un metal incandescente. La pregunta y la respuesta se inscribían en el hueso, de ahí el nombre de huesos del oráculo.

No fue hasta 1899 cuando el académico Wang Yirong (1845-1900) descubrió los huesos oraculares y se dio cuenta de su importancia. Ocurrió en una botica. Se vendían como ‘huesos de dragón’ a los que, reducidos a polvo, se les atribuían propiedades curativas. Wang Yirong notó que algunos de ellos tenían inscripciones que identificó con escritura china antigua.

Desde entonces se han desenterrado más de 150.000 fragmentos cerca de la actual ciudad de Anyang, donde estuvo la capital de la dinastía Shang entre aproximadamente 1360 y 1050 aC. Los contenidos de las inscripciones (no todos las tienen) son variados: ritos y sacrificios religiosos, guerra, caza, viajes reales, etc. Los hay que contienen registros sobre fenómenos astronómicos, como cometas, eclipses, ¡e incluso manchas solares! En uno de estos huesos la inscripción menciona que “tres llamas se comieron el Sol y se vieron grandes estrellas”. Se trata de una alusión a un eclipse de Sol. Las llamas se refieren probablemente a la corona solar, que puede observarse a simple vista solo durante la fase de totalidad de un eclipse solar. El ver estrellas simultáneamente al Sol tampoco puede explicarse en otras circunstancias.

Huesos oraculares de la dinastía Shang. Se atribuía a los espíritus ancestrales el poder de influir en los vivos. Para realizar profecías, se preparaban las superficies puliendo huesos de animal o la parte inferior de caparazones de tortuga. Los adivinos preguntaban a los ancestros e interpretaban las respuestas a partir de las grietas que aparecían al aplicar calor con un metal incandescente. La pregunta y la respuesta se inscribían en el hueso. Crédito: Museo del Instituto de Historia y Filología (Taipei, Taiwan)

Huesos oraculares de la dinastía Shang. / Museo del Instituto de Historia y Filología (Taipei, Taiwan)

 

 

 

 

 

 

 

 

Datar este eclipse conllevó un trabajo detectivesco por parte de un equipo internacional de astrónomos e historiadores en la década de 1980. Las fechas que aparecen en los huesos son en general incompletas (el año, por ejemplo, no aparece). Mediante cómputos de ordenador de las posiciones relativas entre el Sol, la Luna y la Tierra en épocas pasadas, los investigadores calcularon las fechas de los eclipses solares totales observables en la zona de Anyang entre 1360 y 1050 aC. Combinando estos datos con información cronológica, también inexacta, sobre el adivino responsable (cuyo nombre sí aparece) y el rey para el que trabajaba, llegaron a la conclusión de que el eclipse mencionado sólo podía ser el ocurrido el 5 de junio del año 1302 aC.

Se han identificado con certeza 13 menciones a eclipses en huesos oraculares (siete lunares y seis solares), datados entre los siglos XIV y XII aC. Están entre los registros de eclipses más antiguos que han llegado hasta nosotros. Otros huesos contienen referencias (también entre las más antiguas de cualquier civilización) a entidades astronómicas como constelaciones, cometas y el planeta Júpiter.

Sea por la fascinación que los astros ejercen en el ser humano, por la creencia de que nuestro destino está escrito en las estrellas o por la necesidad de comprender fenómenos que se creían presagios de catástrofes (como los eclipses), el ser humano ha registrado los fenómenos astronómicos desde tiempos inmemoriales. En papel, en piedras o en caparazones de tortuga.

 

* Montserrat Villar es investigadora en el Centro de Astrobiología (INTA/CSIC) en el grupo de Astrofísica extragaláctica.

¿Por qué hace calor en verano?

M. VillarPor Montserrat Villar (CSIC)*

Se podría pensar que la razón por la que hace más calor en verano es que la Tierra está más cerca del Sol.

¿Por qué entonces cuando en el hemisferio norte es verano, es invierno en el sur? Mientras en el norte nos tostamos en playas y piscinas, en el sur se ponen el abrigo. El 21 de junio, día en que comienza el verano norteño, empieza el invierno en el sur y vicerversa. Las estaciones están cambiadas.

Estaciones

La primera imagen corresponde al mes de diciembre: el sol brilla directamente en el hemisferio sur e indirectamente en el norte. La segunda y la cuarta, a los meses de marzo y septiembre: el Sol brilla de la misma manera en ambos hemisferios. La tercera representa el mes de junio: el Sol brilla indirectamente en el sur y directamente en el norte. / NASA

Por tanto, la respuesta no es correcta.

Refresquemos la memoria: la Tierra recorre una órbita elíptica alrededor del Sol con un periodo de unos 365 días (el año terrestre). Su excentricidad es pequeña, lo cual significa que su recorrido se parece bastante a un círculo. Así, la distancia que nos separa del Sol cambia poco a lo largo del año: unos 152 millones de kilómetros en el punto más lejano (afelio) y unos 146 millones en el más cercano (perihelio). El perihelio ocurre siempre alrededor del 4 de enero y el afelio sobre el 4 de julio. Es decir: cuando la Tierra está más cerca del Sol es invierno en el hemisferio norte. Aunque la cantidad de luz que recibe el planeta en esta posición es levemente mayor que en la más lejana, esto no aliviará los rigores invernales.

Recordemos también que la Tierra gira sobre su propio eje una vez cada 24 horas, lo que determina el transcurso de los días y las noches. El eje de rotación está inclinado 23,5 grados respecto al plano de su órbita. La dirección del eje no cambia apenas a lo largo de un año, pero la orientación respecto al Sol sí lo hace (Figura 1). Durante el verano boreal, el Polo Norte apunta hacia el Sol. Por ello, en el hemisferio norte los rayos solares inciden de forma más directa y durante más tiempo en la superficie. La radiación, que además atraviesa un espesor menor de atmósfera, está concentrada en un área menor. Todo ello hace que el calor sea más intenso. En el hemisferio sur ocurre lo contrario: están en invierno (Figura 2).

Por tanto, es la inclinación del eje de rotación de la Tierra, combinada con el movimiento de traslación alrededor del Sol, lo que provoca los cambios estacionales.

Invierno y verano

Izquierda: verano en el hemisferio norte. Derecha: invierno en el hemisferio norte. / Museo Virtual CSIC

En otros planetas la situación es diferente. En Venus, que tiene una órbita prácticamente circular y un eje de rotación casi perpendicular (2,7 grados de inclinación) a su órbita los cambios estacionales son muy pequeños. En Urano el eje de rotación está tan inclinado 82 grados (¡rota casi tumbado!), de modo que las estaciones son extremas. Durante aproximadamente un cuarto del año en Urano (unos 84 años terrestres), el Sol incide directamente sobre cada uno de los polos, dejando la otra mitad del planeta sumida en el crudísimo invierno.

 

* Montserrat Villar es investigadora en el Centro de Astrobiología (INTA/CSIC) en el grupo de Astrofísica extragaláctica.