Como sabemos que la Tierra gira

International Space Station star trails JSC2012E039800

Durante nuestra educación en las áreas de la ciencia se suele mencionar la rotación y traslación de la Tierra. Por lo general se da una vaga o nula explicación sobre el cómo ha llegado la humanidad a determinar correctamente nuestro desplazamiento en el universo. Y además alcanzar el punto de medir con increíble precisión las velocidades correspondientes, mientras en nuestra vida cotidiana no percibimos movimiento alguno.

epic 1b 20230305171657
Fotografía real de la Tierra capturada por el observatorio DSCOVR. Este se encuentra en el punto de lagrange 1 entre la Tierra y el Sol.

Fija en el espacio

Desde los inicios de la humanidad el movimiento del cielo y las estrellas que lo acompañaban ha sido un tema de gran interés y fuente de curiosidad. La forma en que se entendía el mundo era a partir de la intuición y explicaciones religiosas. Muchas culturas antiguas deseaban conocer exactamente que era lo que ocurría allá arriba y empezaron a realizar continuas observaciones.

Casi todos los modelos colocaban a la Tierra como estática y fija en el centro de todo el universo, el cual era considerablemente más pequeño respecto al que conocemos. Esto se basaba en el hecho de no sentir ninguna clase de movimiento en nuestra cotidiana y no contar con ninguna forma de inferir correctamente el comportamiento del mundo. Sin embargo, hay algunos grupos actuales que mantienen esta primitiva idea ignorando los experimentos científicos.

La bóveda celeste

La observación fue la clave para entender lo que pasa en la Tierra. Astrónomos antiguos al buscar las mismas estrellas noche tras noche encontraron un interesante fenómeno. Cada día salían por horizonte a una hora ligeramente diferente y llegaban incluso fechas en que desaparecían por completo, pero dando paso a nuevas constelaciones.

Continuando el seguimiento al cabo de semanas y meses las estrellas previamente perdidas volvían a aparecer, y así sucesivamente por lapsos regulares de tiempo. Para explicar el desfase del día a día se creía que la bóveda celeste giraba a un ritmo diferente del que le tomaba al Sol en completar su recorrido desde su salida hasta su puesta.

Astrónomos por todo el mundo propusieron varios modelos que permitían explicar este fenómeno. Algunos interpretaron correctamente los datos e inferir la rotación de una Tierra esférica sobre su propio eje. Mientras tanto otros, que a su vez representaban la versión oficial, sostenían la idea de una Tierra fija y una bóveda celeste movible.

Gracias a personajes como Giordano Bruno, Nicolás Copérnico, Galileo Galilei y Johannes Kepler se instauró el reconocimiento de que la Tierra no era el centro inamovible que se consideraba. En cambio, era un cuerpo más del sistema solar. Más adelante Newton, predijo un achatamiento en los polos y ensanchamiento en el ecuador debido a la propia rotación del planeta.

¿Cuánto dura un día?

Conocer la rotación de la Tierra es muy diferente al conocer cómo y por qué lo hace. El tratar de medir con precisión cuanto tardaba en dar una vuelta sobre sí misma era un gran reto. La cual también fue acompañada por la necesidad de conocer la hora en cada parte del mundo y poder acordar correctamente agendas u el momento de llegada de trenes. Además, la definición de segundo, por ende, todas las mediciones de tiempo estaban ligadas a la duración del día. Era necesaria una convención global.

La primera aproximación es la conocida como día sideral. Considerando a las estrellas como fijas y midiendo el tiempo que tarde en alcanzar la misma posición el cielo. Esto corresponde al periodo que le toma a la Tierra en completar una vuelta completa. Sin embargo, en la vida cotidiana no tenía tanta aplicabilidad como puede parecer. Era necesario crear una definición alternativa de día para ser útil en la vida cotidiana, una relacionada con el sol.

La revolución sobre como entendíamos el sistema solar no solamente ponía a rotar la Tierra, también la llevaba a trasladarse alrededor del sol. Este movimiento es el que diferencia la duración entre el día solar verdadero y el día sideral. Ahora, en vez de observar el movimiento de una estrella lejana se tomaba al sol como referencia, midiendo cuanto tardaba en alcanzar un mismo punto. Contando con el problema de que el Sol día a día se desplaza ligeramente en su trayectoria y toma tiempo diferente en salir y ocultarse, esto provocado por la elipticidad de la órbita terrestre y la inclinación del eje terrestre.

Analemma pattern in the sky
El fenómeno conocido cono analema muestra el cambio del movimiento del Sol a lo largo del año. Se consigue capturando una fotografía en la misma dirección y a la misma hora todos los días. Esto es producido por la elipticidad de la órbita terrestre y la inclinación del eje de rotación.

Al leer día solar verdadero puede nacer la duda de si hay entonces uno falso. Dada la gran variación en este se propuso el día solar medio, que se presenta como el promedio entre todos los días solares verdaderos del año (mismo que se define como el tiempo trascurrido para que una estrella fija aparezca en exactamente la misma posición, o lo que es lo mismo, la Tierra complete una órbita alrededor del Sol). Otra definición lo define como el tiempo que requiere un Sol ficticio, con excentricidad e inclinación nula, en pasar un meridiano determinado al medio día (en este caso el meridiano de Greenwich). Este cuenta con 4 minutos más que el día sideral.

Equation of time
La conocida como ecuación del tiempo muestra la diferencia en el día solar medio y el día solar aparente a lo largo del año.

Perturbaciones

La realidad es mucho más complicada. La Tierra no solamente se ve afectada por la gravedad del Sol, todos los demás cuerpos del sistema solar aplican una pequeña pero constante perturbación. También la Luna ejerce una fuerza de marea que trata de cambiar el periodo de rotación. El propio núcleo de la tierra sufre cambios con el tiempo que pueden acelerar o ralentizar el planeta. Por esto se tiene una iniciativa de realizar mediciones diarias usando relojes atómicos ubicados a lo largo del globo.

Además del propio movimiento aparente del cielo, la rotación de la Tierra tiene grandes implicaciones en otros fenómenos que varían dependiendo de la ubicación geográfica. Por ejemplo, la dirección de giro de las tormentas tropicales cambia según el hemisferio. Y dada la esfericidad del planeta los cohetes obtienen una ayuda de velocidad inicial que les facilita alcanzar órbita, siendo de 1700 km/h en el Ecuador y de 0 km/h en los polos.  

Francisco Andrés Forero Daza