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Cartografía Celeste



Esfera Celeste
Los planos fundamentales de la esfera celeste, en los que se basan los diferentes sistemas de coordenadas son: el ecuador celeste, proyección del ecuador terrestre ; los polos norte y sur celeste, proyección del eje de rotación de la Tierra hacia el norte y sur ; y la eclíptica, la trayectoria media del centro de gravedad de la Tierra, que forma un plano (es la línea por la cual se mueve el Sol a lo largo del año, y los planetas en las cercanías de ella).
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En el gráfico superior se muestran los planos fundamentales. La oblicuidad de la eclíptica es de 23 grados 27 minutos y representa la inclinación del eje de rotación de la Tierra. El punto en donde la eclíptica cruza el ecuador celeste de sur a norte se denomina punto gamma (también punto vernal) y es el origen de la ascensión recta en el sistema de coordenadas ecuatoriales celestes.


Coordenadas altacimutales
Las coordenadas altacimutales utilizan dos planos fundamentales: la altura y el acimut. El acimut (abreviado AZ por su denominación en inglés, azimut), se mide desde el punto cardinal Norte hacia el Este. Así es como suele aparecer en sofwares astronómicos, pero en realidad, si el observador esta ubicado en el hemisferio Sur, se mide al revés, desde el Sur hacia el Oeste. No muchos toman esto en cuenta, así que todos suelen utilizar el primer método.

La altura (Al) se mide desde el horizonte (0º) hasta el cenit (90º), por tanto esta coordenada es el ángulo que forma el objeto observado con el horizonte. Se menciona una altura

negativa cuando el objeto se encuentra por debajo del horizonte, el punto a 90º por debajo del horizonte (Al.: -90º) se lo denomina nadir.
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Al tratarse de un sistema de coordenadas que utiliza valores locales (horizonte y altura sobre el horizonte) el valor de esas coordenadas para un objeto dado depende de la posición del observador. Por este motivo también suelen ser usadas para eventos de observación local, como el paso de un satélite.
Para estimar sin ningún instrumento la altura de un objeto se puede hacer lo siguiente: extender el brazo completamente y abrir la palma de la mano. La distancia aproximada entre el extremo de los dedos pulgar y meñique forma un ángulo de unos 20º con la visual. Con uno de ellos sobre el horizonte es posible medir a grandes rasgos la altura de un cuerpo o la separación angular entre dos objetos.


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Coordenadas ecuatoriales
En el gráfico inferior se muestra una esfera celeste, construida para el hemisferio Sur, a una latitud similar a la de Buenos Aires, donde el polo elevado es el Polo Sur Celeste (Ps, en el gráfico).

 

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Como vemos, la línea norte-sur que une ambos polos y pasa por el objeto determina su declinación. La declinación es medida desde el ecuador celeste hacia los polos, positiva hacia el norte y negativa hacia el sur. El ecuador celeste tiene declinación igual a cero, y los polos declinaciones +90 (norte) y -90 (sur).
La ascensión recta se mide sobre el ecuador celeste desde el punto gamma (o punto vernal) hacia el este, de 0 a 24 horas (1 hora equivale a 15 grados) El punto gamma es el punto en el que la eclíptica (no graficada) cruza al ecuador celeste de sur a norte. En el gráfico se ha ubicado en una posición arbitraria, dado que con la rotación y translación de la Tierra la ubicación relativa cambia.
El punto gamma se localiza en una de las dos intersecciones del ecuador con la ecliptica, la línea por donde de observa desplazarse al Sol durante el periodo de un año. Por tanto en el momento del equinoccio de primavera (hemisferio sur) el Sol posee una ascensión recta de 0 horas 0 minutos 0 segundos (R.A.: 0h 0m 0s). Seis meses después, en el momento del equinoccio de otoño (hemisferio sur) la ascensión recta del Sol es de 12 horas 0 minutos 0 segundos (R.A.: 12h 0m 0s).
La altura del polo elevado es igual a la latitud del lugar de observación, por tanto para Buenos Aires que posee una latitud aproximada de unos 35 grados, la altura del polo sur celeste es de unos 35 grados sobre el horizonte. Esto es muy importante en las monturas ecuatoriales donde el eje de ascensión recta debe ser paralelo al eje de rotación de la tierra (eje de rotación en el gráfico) y por tanto apuntando directamente hacia el polo elevado.

Esto permite al telescopio moverse de igual manera que la Tierra en su movimiento de rotación, pero hacia el lado contrario (este a oeste). Para seleccionar la latitud las monturas ecuatoriales traen incorporado una graduación en la parte inferior de la montura, justo

donde se está por convertir en trípode o base. A su vez debe apuntarse todo el conjunto hacia el sur (en caso del residir en este hemisferio, sino hacia el norte). Hay un grupo de estrellas que nunca quedan debajo del horizonte. Estas son las estrellas circumpolares, ubicadas en el casquete circumpolar del hemisferio de observación (norte o sur). Para saber que cual es la declinación límite a la que debe encontrarse una estrella para ser circumpolar debe hacerse 90 menos la latitud de observación, dado que la altura del polo es igual a la latitud.


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De la misma forma, hay un casquete circumpolar que nunca está por arriba del horizonte local y posee declinación contraria al casquete circumpolar visible. En el gráfico superior también vemos marcadas la altura máxima y mínima que puede tener la eclíptica sobre el horizonte local. Dado que la oblicuidad de la misma es de 23º 27' (la inclinación del eje de rotación de la Tierra) ella se haya en los puntos mas alejados a 23º 27' al norte y 23º 27' al sur del ecuador celeste.
Como la eclíptica es la línea por la cual se desplaza el Sol durante el año de oeste a este, podemos calcular la mayor y menor altura posible que puede tomar nuestra estrella calculando la altura de la eclíptica sobre el horizonte, altura medida en su punto mas alto, el cual es el meridiano, línea norte-sur que pasa por el cenit (un objeto cualquiera posee se máxima altura cuando pasa por el meridiano. Este momento se denomina tránsito o culminación superior).
Si la altura del ecuador sobre el horizonte es igual a 90 menos latitud, la altura máxima posible de la eclíptica sobre el meridiano local será de:
(90º - latitud) + 23.5º
Para el ejemplo de Buenos Aires, (90º - 34.5º) + 23.5º = 79º
Entonces 79 grados es la altura máxima posible del Sol, a 21 grados del cenit (90º - 79º) De la misma forma podemos calcular la altura mínima:
(90º - latitud) - 23.5º
Siguiendo el ejemplo,(90º - 34.5º) - 23.5º = 32º
De esa forma, 32 grados es la altura mínima del Sol sobre el meridiano desde una latitud de 34.5, a 55.5grados del cenit.
El Sol se localiza en estos puntos extremos en los solsticios de invierno y de primavera. En el hemisferio sur el solsticio de invierno se da alrededor del 21 de junio y el de primavera el 21 de septiembre. De forma contraria para el hemisferio norte. Esos son los momentos en que el Sol posee la declinación mayor (más norte) y menor (más sur) respectivamente.

Medidas de TiempoEquivalencias


A continuación se dan algunas equivalencias entre medidas angulares (grados) y medidas de tiempo.


Grados

Tiempo

360 grados

24 horas

15 grados

1 hora

1 grado

4 minutos

15 minutos

1 minuto

1 minuto

4 segundos

15 segundos

1 segundo

 

 

 

 

Tiempo verdadero
Se refiere al Sol verdadero, el cual es el observado. Este se desplaza por la eclíptica cubriendo el trayecto de 360 grados en un año trópico (365,242 días medios).

Día verdadero
El día verdadero es el tiempo transcurrido entre dos pasajes sucesivos del Sol verdadero por el meridiano de un lugar. La duración de los días verdaderos no son todos iguales debido a la oblicuidad de la eclíptica y la excentricidad de la órbita terrestre (inclinación del eje de rotación y cambios en la velocidad de translación por la variación de la distancia al Sol).

Tiempo medio
Se mide utilizando un Sol ficticio, el cual es un Sol medio que se mueve sobre el ecuador celeste a velocidad uniforme. La ventaja de utilizar este sol es que su movimiento es regular, y no es afectado por las diferentes velocidades orbítales de la Tierra en su recorrido anual (en los puntos mas cercanos al Sol, la Tierra se mueve mas rápidamente que en los mas alejados).


Ecuación del tiempo
Se denomina ecuación del tiempo a la diferencia entre el tiempo verdadero y el tiempo medio, o lo que es equivalente, a la diferencia entre la ascensión recta del Sol verdadero y la ascensión recta del Sol medio.
ECT = tv - tm


Cuando el valor de la ecuación del tiempo es positivo, el Sol verdadero se localiza mas al este que el sol ficticio. De forma contraria, cuando el valor es negativo, el Sol verdadero se encuentra más al oeste del sol ficticio.
El valor de la ECT puede llegar a los ± 10 minutos de ascensión recta debido a la oblicuidad de la eclíptica y a los ± 17.5 minutos de tiempo debido a la excentricidad de la órbita terrestre.
Por ejemplo, cuando se toma la hora con un reloj de Sol, hay que ajustar el dato con la ECT para obtener la hora local.


Día solar medio
Es el tiempo transcurrido entre dos pasajes sucesivos del Sol medio por el meridiano del lugar. Equivale a 1.0027379 días sidéreos (1d 0h 3m 56.5554 sidéreos).


Tiempo sidéreo
Se registra la mayor altura del Sol en el momento del mediodía, punto en el cual cruza el meridiano local, de la misma forma que cualquier objeto tiene su momento de máxima altura cuando cruza el meridiano (denominado tránsito o culminación superior).
El meridiano local es una línea trazada desde el punto cardinal norte hasta el sur, pasando por el cenit. Al valor de ascensión recta que esta pasando sobre el meridiano se lo denomina tiempo sidéreo, y es el valor de ascensión recta medio del cielo sobre el horizonte.
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El meridiano, al dividir el cielo en dos, de norte a sur, deja 6 horas de ascensión recta hacia el este y otras 6 horas de ascensión recta hacia el oeste, con el valor que representa el tiempo sidéreo sobre el meridiano (en el medio) completando 180 grados de horizonte a horizonte, 12 horas de ascensión recta.
En otras palabras, el tiempo sidéreo se define como el ángulo horario del punto gamma, siendo el ángulo horario la distancia angular en horas/minutos/segundos desde el meridiano hasta el objeto, medido hacia el oeste.
Por ejemplo, si el punto gamma se localiza sobre el meridiano, su ángulo horario es igual a 0, y el tiempo sidéreo es igual a 0. Si el punto gamma se localiza sobre el horizonte oeste, el ángulo horario será de 6 horas y el tiempo sidéreo será de 6 horas (dado que la ascensión recta se mide desde el punto gamma hacia el este).
Día sidéreo
Dos pasajes sucesivos del punto gamma por el meridiano local se denomina día sidéreo. El día sidéreo es más corto que el día solar medio, por tanto se necesitan más días sidéreos para completar un año. El día sidéreo se divide en 24 horas sidéreas, cada una de las cuales se subdivide en 60 minutos siderales y estos en 60 segundos siderales. En la práctica se

 utiliza la culminación superior (tránsito) del punto gamma como origen del día sidéreo.

Un día sidéreo equivale a 0.9972696 días medios (23h 56m 4.0906s medios).

Año sidéreo
Un año sidéreo es el tiempo transcurrido entre dos pasajes sucesivos del Sol por el meridiano de una estrella. Un año sidéreo contiene 365,256374 días medios.


Año trópico
Un año trópico esta definido como dos pasajes sucesivos del Sol por el punto vernal. Un año trópico es equivalente a 365,242 días medios o 366,242 días sidéreos. El Sol recorre aproximadamente algo menos de 1 grado por día, o 2,5 segundos de arco por minuto.

El día sidéreo adicional es causado por el movimiento directo del Sol sobre la esfera celeste (de Oeste a Este con relación a las estrellas, día tras día), el cual recorre una vuelta completa al cielo sobre la eclíptica.
También, el Sol alcanza el punto vernal antes de llegar a la misma posición el el cielo (con respecto a las estrellas fijas) a causa de la presesión. Llega a tardar unos 20 minutos mas en alcanzar la correspondiente posición en relación a las estrella fijas.

Hora civil (hora local, HL)

El día civil se inicia cuando el Sol se encuentra en su culminación inferior (justo sobre el meridiano debajo del horizonte), 12 horas antes del día solar medio.
Hcivil = 12h + h (Sol ficticio) donde la hora civil (Hcivil) es igual al ángulo horario del Sol ficticio (h) mas doce horas. Recordemos que el Sol ficticio se desplaza sobre el ecuador celeste a velocidad uniforme y que el ángulo horario es la distancia angular en horas desde el meridiano local hacia el oeste.


Hora universal (tiempo universal, UT)La hora universal (o tiempo universal, UT) se define como la hora civil sobre el meridiano de Greenwich. En astronomía se utiliza como tiempo de referencia para ubicar a los eventos astronómicos.


Husos horarios
La Tierra esta dividida en 24 husos horarios, cada uno correspondientes a 15 grados de longitud, comenzando desde Greenwich e incrementando hacia el Este (cada 15 grados hacia el Este se suma 1 hora, hasta el antimeridiano, a los 180 grados de longitud, luego se comienza a restar 1 hora hasta llegar nuevamente al meridiano de Greenwich, con el huso 0).

Según la longitud puede determinarse el huso horario correspondiente a una región especifica:
Huso horario = longitud / 15Se toma como positiva la longitud este y como negativa la oeste (comenzando en el meridiano de Greenwich). Así puede determinarse que por ejemplo la Argentina debería estar en el huso horario -4 y no en el -3, como actualmente se utiliza (redondear los decimales).
Es importante saber el huso horario del sitio de observación dado que muchas veces las efemérides están dadas en tiempo universal (hora de Greenwich) Para obtener la hora local (hora civil) a partir de la hora universal hay que utilizar el huso horario correspondiente al sitio de observación para hacer la transformación:
Hora civil = UT + Huso horario
Si el cálculo da negativo, adicionar 24 horas y tener en cuenta que cambia la fecha. Así por ejemplo puede determinarse que si un evento expresado en tiempo universal (UT) a la 01h UT del Sábado, y estando en el huso horario -03, la hora civil correspondiente (hora local) es las 22h del Viernes.


Año juliano
El año juliano se define como 365,25 días medios.
Día Juliano
El calendario juliano es un método para identificar el día actual a través de la cuenta del número de días que han pasado desde una fecha pasada y arbitraria. El número de días se llama día juliano, abreviado como DJ. El origen, DJ=0, es el 1 de enero de 4713 A.C. (o 1 de enero de -4712, ya que no hubo año 0). Los días julianos son muy útiles porque hacen que sea muy sencillo determinar el número de días entre dos eventos, sólo con restar los números de sus días julianos. Hacer ese cálculo con el calendario normal (gregoriano) es muy difícil, ya que los días se agrupan en meses, que contienen un número variable de días, complicado además por la presencia de los años bisiestos.
La conversión entre el calendario normal (gregoriano) y los días julianos y viceversa, es mejor que sea realizada por un programa escrito concretamente para ello, además hay muchos publicados en Internet (y KStars lo hace, por supuesto). Sin embargo, para quien pueda estar interesado, este es un ejemplo sencillo de conversión entre los calendarios gregoriano y juliano:
DJ = D - 32075 + 1461*( A + 4800 * ( M - 14 ) / 12 ) / 4 + 367*( M - 2 - ( M - 14 ) / 12 * 12 ) / 12 - 3*( ( A + 4900 + ( M - 14 ) / 12 ) / 100 ) / 4 donde D es el día (1-31), M es el mes (1-12) y A es el año (1801-2099).

Tenga en cuenta que esta fórmula sólo funciona entre los años 1801 y 2099. Otras fechas anteriores requieren transformaciones más complicadas.
Un día juliano de ejemplo es: DJ 2440588, que corresponde al 1 de enero de 1970.

Los días julianos también sirven para indicar la hora, expresándose esta como una fracción de un día entero, siendo las 12 del mediodía el punto cero. Así, las tres de la tarde del 1 de enero de 1970 es DJ 2440588.125 (ya que las tres de la tarde son tres horas después de mediodía, y 3/24 = 0,125 días). Tenga en cuenta que el día juliano viene siempre determinado por el tiempo universal y no por el local.
Los astrónomos utilizan ciertos días julianos como puntos de referencia importantes, llamados épocas. Una de las épocas más utilizadas se llama J2000, y es el día juliano correspondiente al 1 de enero de 2000, a las 12 del mediodía = DJ 2451545.0.




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