La esfera celeste

Cuando miramos el cielo por la noche, nos parece que estamos en el interior de una enorme esfera de radio arbitrario, con el centro en la Tierra y las estrellas sobre la superficie de esta esfera, todas ellas a la misma distancia de nosotros.

Además, si observamos durante un rato, nos da la sensación de que toda esta esfera está girando alrededor nuestro, alrededor de un eje de rotación que pasa por su centro, esto es, por la Tierra.

Pero como bien sabemos esto no es así. Las estrellas están esparcidas por el espacio a distancias enormes de nosotros y entre ellas. Además, no gira nada en torno a nosotros, la sensación es debida al movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje de rotación. Pero para muchos problemas astronómicos, como la localización de cualquier astro, esta falsa apariencia la consideramos válida y a esta esfera de radio arbitrario con centro en la Tierra se le llama esfera celeste.

La prolongación por ambos lados del eje de rotación terrestre es el llamado eje del mundo y sus intersecciones con la esfera celeste son los polos celestes, el Polo Norte Celeste (que coincide con la estrella Polar) y el Polo Sur Celeste. La proyección del ecuador terrestre sobre la esfera celeste es el ecuador celeste.

Todos los astros se mueven, pero nosotros solamente percibimos el movimiento de los cuerpos del Sistema Solar, ya que están muy cerca. El resto de astros están tan lejos que su movimiento nos pasa inadvertido, es inapreciable a nuestra escala. Esto hace que nos parezca que, excepto los cuerpos del Sistema Solar, el resto de astros siempre ocupen la misma posición en la superficie de la esfera celeste. A escala humana esto es así, pero el cielo va cambiando a lo largo del tiempo porque los astros se mueven y, el mapa del cielo dentro de 100000 años, será ligeramente diferente de como es ahora.

Elementos de la esfera celeste

De la misma manera que en la esfera terrestre existen paralelos y meridianos, de forma que podemos ubicar y localizar cualquier punto de dicha esfera mediante sus coordenadas, en la esfera celeste también hay unas líneas (paralelos y meridianos celestes) que nos permiten ubicar y localizar cualquier astro en la esfera mediante sus coordenadas.

Como en la esfera terrestre, en la celeste existen otros elementos además de los paralelos y meridianos:

Eje del mundo: es la prolongación en la esfera celeste del eje de rotación de la Tierra. La intersección con la esfera celeste son los polos celestes. En torno a este eje «giraría» la esfera celeste.

Ecuador celeste: es la proyección del ecuador terrestre en la esfera celeste. Como en la Tierra, divide la esfera celeste en el Hemisferio Norte y el Hemisferio Sur.

Cenit: es el punto de la esfera celeste situado justamente por encima del observador terrestre.

Nadir: es el punto de la esfera celeste situado justamente por debajo del observador. Es opuesto diametralmente al cenit.

Vertical del lugar: es la dirección de la gravedad en el lugar del observador. Corta la esfera celeste en el cenit y el nadir.

Paralelo celeste: son los círculos menores paralelos al ecuador celeste (como los paralelos terrestres).

Meridiano celeste: es el círculo máximo que pasa por los polos (como los meridianos terrestres). El meridiano que pasa por el cenit y el punto norte del observador se llama meridiano del lugar.

Horizonte: es el círculo máximo perpendicular a la vertical del lugar. Para cada lugar, divide la esfera celeste en dos hemisferios, el visible o superior y el invisible o inferior.

Sistemas de coordenadas celestes

Los sistemas de coordenadas que se utilizan en la esfera celeste, son muy parecidos al utilizado en la esfera terrestre; se trata de sistemas de coordenadas esféricas donde cada objeto del cielo queda localizado por dos coordenadas.

Existen diversos sistemas de coordenadas para localizar un astro en la esfera celeste, según tomemos como referencia el ecuador celeste (sistema de coordenadas ecuatoriales), el horizonte del observador (sistema de coordenadas horizontales o altazimutales) o bien la eclíptica (sistema de coordenadas eclípticas).

Sistema de coordenadas ecuatoriales

Como he comentado, este sistema tiene como referencia el ecuador celeste, con el eje del mundo como eje fundamental y el plano del ecuador celeste como plano fundamental, el cual es perpendicular al eje del mundo.

Además de estos elementos vistos, de la misma manera que en la Tierra existe un origen de coordenadas (la intersección del ecuador con el meridiano de Greenwich o meridiano cero) con latitud y longitud cero, en la esfera celeste también ha de haber un origen de coordenadas. Como en la Tierra, el paralelo cero no tiene problema, es el ecuador celeste; pero, como también en la Tierra, se tiene que elegir un meridiano como meridiano cero.

Para definirlo, hemos de tener en cuenta otros elementos de la esfera celeste: en primer lugar tenemos la  eclíptica, esto es, la trayectoria aparente del Sol en la esfera celeste. La eclíptica es un círculo máximo que forma un ángulo de 23º27′ con el ecuador celeste, lo que hace que ambos círculos interseccionen en dos puntos, el Punto Aries o Punto Vernal, que coincide con el equinoccio de primavera, y el Punto Libra, que coincide con el equinoccio de otoño (ver el movimiento aparente del Sol).

Hace 2000 años, cuando se dieron nombre a las constelaciones por las que pasaba el Sol a lo largo del año (constelaciones del Zodiaco), Aries era la constelación del cielo por donde pasaba el Sol el 21 de marzo (equinoccio de primavera); pero como consecuencia de la precesión de los equinoccios, hoy día hay un desfase de unos 30º, por lo que el Sol ya no pasa por Aries sino por Piscis el 21 de marzo. De la misma manera, Libra era la constelación por la que pasaba el Sol en el equinoccio de otoño, pero hoy día es Virgo. A pesar de este desfase, se han conservado los nombres por comodidad.

Volviendo al meridiano celeste cero, se ha cogido como tal el meridiano que pasa por el Punto Aries, denominado círculo de los equinoccios.

De esta manera, las dos coordenadas de este sistema son:

Ascensión recta (AR): es el arco de ecuador celeste medido en sentido antihorario (directo) desde el Punto Aries (ascensión recta cero) hasta el círculo horario del astro (meridiano celeste que pasa por el astro). Se mide en horas, minutos y segundos, desde las 0 horas (Punto Aries) hasta las 24 horas (Punto Aries de nuevo tras haber dado toda la vuelta al ecuador) y sería el equivalente a la longitud terrestre.

Declinación (Dec): es el arco del círculo horario del astro entre el ecuador y el astro a observar. Se mide en grados sexagesimales, desde 0º (en el ecuador) hasta +90º (en el Polo Norte) o -90º (al Polo Sur) y sería el equivalente a la latitud terrestre.

Estas coordenadas son universales, pues no dependen ni del lugar ni del instante de la observación. Así por ejemplo, las coordenadas de la galaxia de Andrómeda (M31) son AR: 0h 42m 44s y Dec: +41º16′, tanto en España como en Nueva Zelanda.

Por este motivo, es el sistema de coordenadas celestes más utilizado y con el que funcionan las monturas ecuatoriales.

Sistema de coordenadas horizontales o altazimutales

Este sistema tiene como referencia el horizonte del observador, con la vertical del lugar como eje fundamental y el plano del horizonte del observador como plano fundamental, el cual es perpendicular a la vertical del lugar.

En este sistema se toma como meridiano cero el meridiano del lugar, por lo que la «longitud» 0º estará en el punto norte del observador. En cuanto al paralelo cero es el horizonte del observador y sobre él las «latitudes» serán de 0º.

Una vez establecidos el meridiano y paralelo cero, las dos coordenadas de este sistema son:

Altura (h): es el arco de la vertical del astro (semicírculo máximo que pasa por el zenit y el astro a observar), entre el horizonte y el astro. Se mide en grados sexagesimales, desde 0º (en el horizonte) hasta +90º (en el zenit). Objetos por debajo del horizonte, aunque no se vean, tienen una altura negativa, por lo que en el nadir la altura es de -90º.

Azimut (A): es el arco del horizonte entre el punto norte y la vertical del astro. Se mide también en grados sexagesimales en sentido horario (N-E-S-O-N). Así irá desde los 0º en el punto norte a los 360º (punto norte de nuevo tras haber dado toda la vuelta al horizonte), siendo de esta manera 90º en el punto este, 180º en el punto sur y 270º en el punto oeste.

Pero estas coordenadas no son universales como las ecuatoriales, sino que son locales, ya que dependerán de la posición del observador y del momento de la observación. Por un lado, el horizonte del observador dependerá de dónde esté dicho observador, de su posición, así como el meridiano del lugar; por otro lado, la altura del astro dependerá del momento en que hagamos la observación.

Los telescopios con montura altazimutal tienen este sistema de coordenadas. Si ponemos unos prismáticos o un pequeño telescopio sobre un trípode fotográfico, también tendría este sistema de coordenadas.

Sistema de coordenadas eclípticas

Este sistema tiene como referencia la eclíptica, siendo el eje de la eclíptica el eje fundamental. Éste es un eje perpendicular al plano de la eclíptica, el cual es el plano fundamental, y corta la esfera celeste en los polos eclípticos.

Es un sistema de coordenadas muy utilizado en los estudios de las posiciones de los planetas, ya que éstos siguen unas trayectorias en la esfera celeste muy cercanas a la eclíptica.

El círculo fundamental es así la eclíptica y los paralelos se llaman paralelos de latitud celeste. La eclíptica sería el paralelo cero.

Los semicírculos máximos que pasan por los polos eclípticos son los máximos de longitud. El que pasa por el Punto Aries es el que se toma como cero y se llama primer máximo de longitud.

Tomando así como referencia la eclíptica y el primer máximo de longitud, las coordenadas de este sistema son:

Longitud eclíptica (λ): es el arco de la eclíptica medido en sentido antihorario (directo), que va desde el Punto Aries (longitud eclíptica cero) hasta el máximo de longitud del astro (máximo de longitud que pasa por el astro a observar). Se mide en grados, desde 0º en el Punto Aries hasta 360º (Punto Aries de nuevo), tras haber dado toda la vuelta a la eclíptica.

Latitud eclíptica (β): es el arco del máximo de longitud del astro entre la eclíptica y el astro a observar. Se mide también en grados, desde 0º (en la eclíptica) hasta +90º (en el Polo Norte eclíptico) o -90º (Polo Sur eclíptico).

Como las coordenadas ecuatoriales, las coordenadas eclípticas también son universales, pues no dependen ni del lugar ni del instante.