El día 5 de Julio la Tierra llegí al Afelio de su órbita.
Qué es el afelio y qué significa que nuestro planeta llegue a este punto en su órbita tan particular, te lo explicamos en el siguiente texto.
La mecánica celeste es la rama de la astronomía que se dedica a estudiar y describir el movimiento de los cuerpos en el espacio.
Si nos remontamos en la historia, fue Nicolás Copérnico (1477 – 1543) quien dio el primer paso en la astronomía moderna, en describir el movimiento de los cuerpos, postulando la Teoría Heliocéntrica, afirmando que el Sol era el centro del universo por entonces conocido, con los planetas girando a su alrededor, en órbitas circulares. Esta fue otra de las teorías rechazadas por la iglesia católica durante mucho tiempo, que continuaba apoyando el modelo de Aristóteles, que ubicaba a la Tierra como centro del universo.
Años más tarde, Tycho Brahe (1546-1601), gran astrónomo danés y considerado uno de los más grandes observadores del cielo, describe el movimiento de los astros a través de sus innumerables observaciones a ojo desnudo, pues hasta ese entonces la invención del telescopio aún no había sucedido. Pero fue su discípulo, Johannes Kepler (1571-1630), astrónomo y matemático alemán, quien luego la muerte de su mentor, tuvo acceso a toda la información (datos, observaciones y registros) generada por Brahe, con la que logra determinar que los planetas no describen una órbita circular como lo había postulado Copérnico, sino que los planetas en su movimiento alrededor del sol describen una órbita en forma de elipse, con el Sol en uno de sus focos.
Pero antes de continuar, ¿qué es una elipse?
La elipse es una figura geométrica similar a una circunferencia achatada, y para comprender mejor su forma geométrica veamos lo siguiente: a partir de un cono con una base circular, le efectuamos un corte en un plano paralelo a la base, obtendremos la figura de un círculo, pero si lo cortamos en un plano inclinado respecto a su base, obtendremos la figura de una elipse, tal como se muestra en la figura siguiente:
Imagen: La ilustración muestra la figura de un cono de base circular, de donde surgen las figuras geométricas como la elipse y la circunferencia. Según en qué dirección se corte el cono, se obtiene un círculo si el corte se hace en dirección perpendicular al eje (o paralelo a su base), o una elipse, si el corte se hace en una dirección inclinada, no perpendicular al eje del cono.
Si observamos la elipse desde arriba, podemos conocer los elementos que forman parte de ella, y a su vez trasladado a nuestro sistema solar, veremos en particular cómo la Tierra y el Sol se ubican en el espacio según esta geometría.
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- El gráfico muestra la figura de la elipse y los elementos geométricos que forman parte de ella.
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- Aquí la imagen muestra como la configuración Tierra-Sol en el sistema solar se corresponde con la geometría de una elipse: la Tierra se traslada sobre una órbita elíptica, alrededor del Sol, ubicado en uno de los focos de la elipse (la imagen no está representada en escala real)
Cabe aclarar dos cuestiones importantes respecto a las imágenes que involucran el sistema Tierra-Sol: La primera es que las imágenes no se encuentran a escala, es decir, ni los tamaños, ni las distancias son representativos de la realidad, como así también la órbita terrestre achatada está exagerada, pues si bien la descripción matemática de la órbita terrestre es una elipse, según nuestra percepción nos resulta más parecida a un círculo que a una elipse propiamente dicha, ya que las diferencias entre el eje mayor y el eje menor es tan solo del 1%, aproximadamente.
Todo este estudio le permitió a Kepler formular y postular sus tres famosas, denominadas Leyes de Kepler, que describen correctamente el movimiento de los cuerpos del sistema solar. Mediante la Primera Ley, conocida como “ley de las órbitas”, Kepler estableció que los planetas alrededor del sol se trasladan describiendo una elipse y el sol se encuentra en uno de sus focos; mediante la Segunda Ley estableció la relación existente entre la distancia al Sol y la velocidad de traslación del planeta en cada posición a lo largo de la órbita; y mediante la Tercera Ley, conocida también como “ley de los periodos”, estableció la relación entre el semieje mayor de la órbita y el tiempo que tarda el planeta en completar una vuelta alrededor del Sol (llamado periodo orbital).
En particular, es la segunda ley de Kepler, conocida como “ley de las áreas” y que establece que los planetas recorren áreas iguales en tiempo iguales, la que nos ayudará a entender las características del movimiento de traslación de la Tierra cuando se encuentra en el Afelio, el punto en la órbita que se encuentra más alejado del sol (o Perihelio, el punto más cercano al sol) de su órbita elíptica.
Recordemos qué dice la Segunda Ley de Kepler:
“Cada planeta se mueve de tal manera que la línea que une el centro del Sol con el planeta (llamada radio vector) barre áreas iguales en tiempos iguales.”
Imagen: Representación gráfica de la 2da Ley de Kepler. Todos los planetas del sistema solar, se trasladan alrededor del Sol en órbitas elípticas, con el Sol en uno de sus focos. El Planeta al trasladarse desde el punto P1 hasta el punto P2, en un intervalo de tiempo t, barre un área A1, que es igual al área A2, que corresponde al movimiento del planeta desde el punto P3 hasta el punto P4 en el mismo intervalo de tiempo.
A partir de esta ley y con la ayuda del siguiente GIF, podemos ver cómo nuestro planeta recorre la órbita elíptica alrededor del Sol variando su velocidad según su ubicación a lo largo de todo el recorrido. La velocidad media orbital es de 29,8 km/s pero cambia desde 30,75 km/s en el perihelio hasta 28,76 km/h en el afelio.
¿Por qué sucede esto?
Según la segunda ley de Kepler, para un mismo intervalo de tiempo el área recorrida entre las posiciones A y B deberá ser la misma que recorra entre las posiciones C y D. Para que esto suceda, la velocidad traslacional de nuestro planeta deberá variar, aumentando en el tramo AB debido a su mayor proximidad al Sol, siendo máxima cuando alcanza la posición del Perihelio, y disminuyendo en el tramo CD, siendo mínima en la posición del Afelio. De este modo, cuando la Tierra está alejada del Sol, en un intervalo de tiempo dado recorre una menor distancia a lo largo de su órbita, pero el área que barre es grande debido a su mayor distancia al Sol. Cuando la Tierra está próxima al Sol, en el mismo intervalo de tiempo barre la misma área, pero como la distancia al Sol es menor, recorre un trayecto más largo en su órbita y por lo tanto lo hace a una velocidad mayor.
GIf: En esta animación se puede observar como varía la velocidad de traslación de la tierra en función de la distancia Tierra-Sol. Cuando la Tierra se encuentra más cerca del sol, su velocidad aumenta, siendo mayor en el punto conocido como Perihelio. Contrariamente a esto, mientras se aleja del Sol, su velocidad comienza a disminuir, hasta llegar al punto de mínima velocidad, llamado Afelio.
Cuando la Tierra adquiere su velocidad orbital mínima posible, se dice que nuestro planeta se encuentra en la posición de Afelio de su órbita. Allí, la tierra alcanza una velocidad de traslación mínima de 28,76 km/s, y la distancia al Sol es de 152 millones de kilómetros, el punto más alejado sobre su órbita.
En teoría, el Sol aparece más pequeño en el cielo que en cualquier otra época del año. Sin embargo, en la práctica esta diferencia es imperceptible.
También cabe aclarar que si bien en nuestro hemisferio (Sur) el afelio sucede durante el invierno, normalmente se podría pensar que al encontrarnos más lejos del Sol, el clima debería ser mucho más frío, sin embargo esto es una suposición errónea, porque lo que en realidad sucede es que la variación de temperaturas, y por ende las estaciones, están directamente relacionadas con la inclinación del eje de rotación terrestre, y no con la distancia existente entre la Tierra y el Sol, como muy a menudo se suele pensar.
Para corregir ésta creencia errónea, basta darnos cuenta que cuando en el hemisferio Sur estamos entrando en el invierno, con las temperaturas más bajas del año, en el hemisferio Norte están ingresando al verano y a la época de temperaturas más altas, ¡y las distancia al Sol de los dos hemisferios es la misma!
