Si bien la rotación y la traslación son los movimientos más importantes de la Tierra, no son los únicos que tiene nuestro planeta. Existen dos movimientos más, el de precesión y el de nutación que, a diferencia del de rotación y traslación, no son evidentes en nuestra escala de tiempo humano.

La precesión de los equinoccios

La precesión es un movimiento por el cual, el eje de rotación de la Tierra, gira alrededor de la vertical de la eclíptica (línea perpendicular al plano de la eclítptica que pasa por el centro de la Tierra) en sentido retrógrado (sentido horario), trazando un cono de 47º de abertura con el vértice en el centro de la Tierra. Son 47º porque la inclinación del eje de rotación terrestre es de 23,5º.

Este movimiento, que es debido a la forma de esferoide achatada por los polos de la Tierra y a la atracción gravitatoria del Sol y de la Luna, puede compararse al balanceo de una peonza al girar sobre su eje.

La precesión de los equinoccios, que tarda unos 26000 años (25767 en concreto) en hacer una vuelta completa, fue descrita por primera vez por Hiparco de Nicea en el siglo II a. C., dando una aproximación muy buena para la época.

La precesión hace que el polo celeste vaya cambiando a lo largo del tiempo, así como que las constelaciones y estrellas que ahora son de verano, de aquí a 13000 años sean de invierno.

Por la misma razón, la estrella polar de la actualidad es Polaris, α UMi, la estrella más brillante de la constelación de la Osa Menor, pero no siempre ha sido así. Polaris se encuentra a menos de 1º del polo norte celeste, pero hace algo más de 4000 años, había otra estrella polar que aún se encontraba más cerca del polo norte celeste, Thuban, α Dra, que a pesar de tener la denominación alfa, no es la más brillante de la constelación del Dragón.

Thuban es la primera estrella a la cual se hace referencia, en la historia, como estrella polar que indica el norte. Debido a la precesión de los equinoccios, Thuban se fue alejando del polo norte celeste y empezaron a acercarse las estrellas de la Osa Menor. Así, hace 2000 años, al comienzo de nuestra era, no había en concreto ninguna estrella polar, la más cercana al polo norte celeste era Kochab, β UMi, la segunda estrella más brillante de la Osa Menor y que, si bien era indicadora del norte, no estaba tan cerca del polo norte celeste de como lo está hoy día Polaris.

Poco a poco, y debido a la precesión, Polaris fue acercándose al polo norte celeste y ya, en la Edad Media, empezó a utilizarse como estrella polar. Hoy día sigue acercándose al polo norte celeste, y así lo seguirá haciendo hasta el año 2100. A partir de entonces, la precesión hará que Polaris se vaya alejando del polo norte celeste y éste se vaya trasladando hacia las estrellas de la constelación de Cefeo. En concreto, hacia el año 4000, la estrella polar será Errai, γ Cep, la segunda estrella más brillante de Cefeo.

Después de Cefeo serán las estrellas del Cisne las que marcarán el norte, así, en el año 12000, la estrella que más cerca estará del polo norte celeste será δ Cyg, la cuarta estrella más brillante del Cisne.

Dentro de unos 12000 años, hacia el año 14000, quien marcará el norte será la brillante Vega, α Lyr, la estrella más brillante de la constelación de la Lira. Después vendrán las estrellas de Hércules, de nuevo las del Dragón para otra vez, dentro de unos 26000 años, volverá a ser Polaris, aunque no estará tan cerca del polo norte celeste como lo está ahora.

Debido a la precesión de los equinoccios, se da un movimiento retrógrado del punto Aries. Dicho punto es el origen de coordenadas de la esfera celeste y es la intersección de la eclíptica con el ecuador celeste, es cuando el Sol empieza a ascender a lo largo de la eclíptica sobre el hemisferio norte celeste, iniciándose la primavera en el hemisferio norte de la Tierra. Es decir, el punto Aries indica el comienzo de la primavera en el hemisferio norte y, por tanto, el equinoccio de primavera.

En la Antigüedad, cuando se dieron nombre a muchas de las constelaciones, entre otras, las que están sobre la eclíptica, esto es, las constelaciones del Zodíaco, el Sol estaba sobre Aries (ver El movimiento aparente del Sol), por eso el nombre de punto Aries. Pero hoy día, más de 2000 años después, y debido a la precesión, en el equinoccio de primavera el Sol ya no está en Aries, sino en Piscis, la constelación del Zodíaco anterior. Así, hoy día el punto Aries en realidad habría de ser el punto Piscis, pero por comodidad se ha conservado el nombre.

La nutación

La nutación, que fue descubierta en el siglo XVIII por el astrónomo británico James Bradley, es un movimiento que se superpone al de precesión y consiste en un pequeño movimiento de vaivén (unos 9,2 segundos de arco) del eje de rotación terrestre, debido también a la atracción de la Luna y el Sol sobre el ensanchamiento ecuatorial de la Tierra.

Mientras el eje de rotación de la Tierra realiza el movimiento de precesión, con el movimiento de nutación el eje hace una elipse o bucle cada 18,6 años y, en una vuelta de precesión (26000 años), hace más de 1300 bucles.

Es decir, la nutación hace que cada 18,6 años el eje de rotación de la Tierra oscile 9,2 segundos de arco en una especie de ondulación sobre el gran movimiento cónico de la precesión, haciendo más de 1300 oscilaciones  en los 26000 años de la precesión.

Este vaivén del eje de rotación debido a la nutación también tiene sus consecuencias y es que el ángulo de inclinación del eje de la Tierra va cambiando con el tiempo, la llamada variación de la oblicuidad de la eclíptica.

Este cambio del ángulo de inclinación del eje de rotación de la Tierra es periódico (unos 40000 años) y, en ese tiempo, el ángulo de inclinación varía entre un mínimo de 22,1º y un máximo de 24,5º, es decir, tiene una oscilación de 2,4º.

Hace unos 9000 años el ángulo estaba en un máximo de unos 24,2º y, desde entonces, ha ido disminuyendo. Así, hace algo más de 4000 años, en la época de las pirámides de Egipto, la inclinación del eje era de unos 24º y hoy día es de unos 23,5º.

Como consecuencia más directa de la variación de la oblicuidad de la eclíptica, está el hecho de que la posición del Sol sobre la esfera celeste en una misma fecha y latitud varía con el tiempo y, por tanto, la altura de nuestra estrella en los solsticios también varía con el tiempo. Esto hace que, cuando la inclinación es alta (24,5º), los inviernos son más fríos y los veranos más calurosos, mientras que cuando la inclinación es baja (22,1º), los inviernos son menos fríos y los veranos más frescos.

Y como consecuencia de todo ello, los trópicos de cáncer y de capricornio tampoco son constantes a lo largo del tiempo.