¿Cómo nos damos cuenta del paso del tiempo? ¿Cómo lo medimos? ¿Podemos hacerlo a partir de la observación del cielo?

Las diferentes sociedades y culturas han construido siempre sus experiencias de temporalidad correlacionando los instantes de ocurrencia de algunos eventos con la de otros. En este sentido, muchos grupos humanos, han buscado ordenar fenómenos celestes entendidos como importantes y regulares, en relación con otros procesos que tienen lugar o que son registrados desde nuestro entorno terrestre (incluyendo fenómenos socio-culturales); elaborando así conceptos o categorías que estructuran el tiempo. 

De este modo, se correlacionan, por ejemplo, distintas posiciones observadas del Sol a lo largo de los meses, con cambios climáticos y biológicos generando así el concepto de las diferentes estaciones, cuyo período de sucesiones está muy vinculado a otra categoría temporal importante como es el año trópico, muy cercano a nuestro año calendárico.

Por otra parte también, diferentes tradiciones a lo largo de la historia, han dividido el día en porciones de tiempo marcadas por distintos eventos ligados a importantes tareas diarias que forjaban la vida de las personas. Así, en la Edad Media, durante el transcurso del día, en los monasterios, se observaba el largo de las sombras o determinadas alturas alcanzadas por el Sol en su movimiento diurno, y llegada la noche, el movimiento aparente de algunas estrellas, para así estimar los momentos dedicados a la oración que fueron conocidos como las horas canónicas.

 

Asimismo, la tradición astronómica occidental ha ido históricamente elaborando categorías como la hora, el minuto o el segundo, utilizadas para estimar el paso del tiempo y medirlo. Estas categorías recurren a la observación del movimiento diurno tanto del Sol como de las estrellas; surge así, por un lado, el Tiempo solar y, por otro, el Tiempo sidéreo. Veamos cual es la diferencia entre uno y otro, y por qué nos interesan aquí.

 

Día solar y día sidéreo: el origen de dos formas de medir el tiempo

 

Si pensamos al cielo como una gran bóveda o esfera celeste cuyo centro es nuestro lugar de observación (en nuestro caso, la ciudad de Córdoba), veremos en el transcurso del día, que la rotación de la Tierra genera que el Sol parezca recorrer, de oriente a occidente, un arco de circunferencia (ver imagen inferior).

Arco que recorre el Sol en su movimiento diurno. Es interesante aclarar que las fotografías fueron tomadas en el transcurso del día 21 de diciembre de 2005 desde el hemisferio norte, más precisamente desde Santa Severa, Italia. Por ello, aquí el Sol sale a la izquierda, se pone a la derecha y el punto cardinal Sur está sobre el horizonte a mitad de camino entre el punto de salida y de puesta. Fuente: https://apod.nasa.gov/apod/ap141221.html

 

Consideremos ahora la dinámica del cielo nocturno. Para ello, primero pensemos que las estrellas están tan lejos de la Tierra que, para nuestros propósitos, podremos pensar que están fijas, sólidas a la bóveda celeste, la cual también parece moverse producto de la rotación terrestre.

Así, observando en particular desde Córdoba, veremos que algunas estrellas parecen recorrer arcos en el cielo que comienzan en la parte oriental y terminan en la región occidental del horizonte. Pero incluso, otras estrellas además parecerían no ponerse nunca, recorriendo círculos por arriba del horizonte, cuya parte inferior lo hacen en sentido contrario a las demás estrellas del firmamento. Pues bien, estos círculos o arcos que parecen recorrer las estrellas (ver imagen inferior), se presentan concéntricos a dos puntos que podríamos considerar como fijos en el cielo, el polo sur celeste (sobre el que más adelante hablaremos) y el polo norte celeste. Entonces, aquellas estrellas que parecen no ponerse nunca o permanecer siempre por sobre el horizonte, la astronomía las ha llamado circumpolares. La cantidad de estas estrellas circumpolares que uno pueda apreciar, depende de la latitud desde la cual estemos observando, aumentando su número en tanto más nos acerquemos a los polos.

Registro fotográfico del movimiento diurno de las estrellas en torno al polo sur celeste observado desde la Estación Astrofísica de Bosque Alegre, Córdoba, Argentina. Sobre el fondo se observan las luces de automóviles hacia San Clemente y el Valle de Calamuchita. Créditos: Aldo Mottino.

 

Ahora bien, ante este dinámico contexto celeste surge una interesante pregunta: ¿Cuánto tiempo le toma a una estrella volver a ser vista en la misma posición en la que la hemos observado en un instante determinado? Podemos sentirnos tentados a decir que la respuesta es 24 horas, pero …¿es así? 

Expresemos de otra forma este interrogante y retomemos la idea de pensar el cielo como una gran esfera celeste centrada en nuestra posición de observación. Entonces, tracemos una circunferencia que conecte el punto cardinal norte con el sur y que a la vez pase por la vertical del lugar (nuestro cenit). Este recurso determina el meridiano del lugar desde donde estamos observando el cielo, y es interesante señalar que el ya mencionado polo sur celeste constituye uno de los puntos que integran dicho meridiano (ver imagen inferior).

Representación de la esfera celeste observada desde Córdoba, en la que podemos ver el meridiano del lugar.

 

Cuando en su movimiento diurno, un objeto celeste atraviesa la porción de meridiano por arriba del horizonte que va desde el polo sur celeste hasta el punto cardinal norte, en astronomía decimos que está culminando superiormente.

Entonces, volviendo a nuestra pregunta, queremos determinar el tiempo que transcurre entre dos culminaciones superiores de una estrella desde el lugar donde estamos observando. Es decir, supongamos que una estrella está culminando superiormente ¿Cuánto tiempo pasará hasta que esa estrella se ubique en la misma posición otra vez? La respuesta correcta es ¡23 horas y 56 minutos! Sorprendente, ¿no? Así, al período de tiempo entre dos culminaciones superiores de una estrella cualquiera, desde la astronomía se lo conoce como Día Sidéreo.

 

Intentemos ahora, desde el mismo lugar de observación, realizar el mismo ejercicio pero con el Sol; es decir, calculemos el tiempo transcurrido entre dos culminaciones superiores sucesivas del centro del disco solar. Y aunque nuevamente tendamos a creer que este fenómeno se dará en 24 horas, será interesante encontrarnos con que este período de tiempo varíe a lo largo del año. Pues, lo que registraremos será que, en un momento del año, dos culminaciones superiores del Sol se dan separadas por un poco más de 24 horas; pero que en otros momentos del período anual se den en un poco menos de 24 horas. A este período de tiempo en la astronomía se lo llama Día Solar verdadero y, como vemos, no implica una sucesión uniforme de unidades de tiempo. Esta particularidad está ocasionada por ciertas características del movimiento de traslación de la Tierra en torno al Sol, por lo que para corregir esta falta de uniformidad del Tiempo Solar verdadero y construir una escala de tiempo uniforme, se crea, recurriendo a “correcciones” de por medio, un tiempo medido a partir del movimiento de un Sol ficticio que se mueve uniformemente. Surge así el concepto de Sol medio.

 

De este modo, el período de tiempo entre dos culminaciones superiores sucesivas del Sol medio es llamado Día Solar medio. De este último surge el Tiempo Solar medio, y así, categorías como la hora solar y sus fracciones. El tiempo que registran todos los relojes que usamos en la vida cotidiana (el Tiempo Civil) está estrechamente relacionado con el Tiempo Solar medio. En particular, desde 1972, el tiempo de uso común se ha basado en una combinación de Tiempo Solar medio y Tiempo Atómico, llamado Tiempo Universal Coordinado. Su segundo es el segundo del Tiempo Atómico, que se mantiene correlacionado mediante ajustes periódicos con el Tiempo Solar.

 

Ahora bien, recapitulando ¿Por qué se da esa diferencia entre el Tiempo Solar verdadero y el Tiempo Sidéreo? La diferencia entre el tiempo surgido a partir de la observación del movimiento aparente del Sol y el de las estrellas, es causada por el lento desplazamiento de la Tierra alrededor del Sol. Debido a que la Tierra se ha movido en un día una porción igual a 1/365 del total del camino alrededor del Sol, nuestro planeta tiene que girar más de 360 grados para que el Sol aparezca en la misma parte del cielo (por ejemplo, en culminación superior por el meridiano de un observador) como lo hizo el día anterior. Sin embargo, dado que las estrellas están tan lejos, la órbita de la Tierra alrededor del Sol no afecta su posición aparente en el cielo, por lo que la Tierra solo necesita girar 360 grados para que aparezcan en la misma parte del cielo (o nuevamente en culminación superior para el observador). Debido a este efecto, el Sol parece desplazarse lentamente día a día en dirección oriental en comparación con las estrellas de fondo (ver imagen inferior).

 

El esquema muestra cómo el movimiento de traslación y rotación terrestre generan que una estrella sea observada culminar antes que el Sol al día siguiente de observar culminar simultáneamente a ambos objetos.

Para ilustrar espacialmente un poco más este fenómeno, veamos el esquema de la figura inferior. En la misma podemos ver que cuando la Tierra gira 360 grados o rota una vuelta completa, pasa de la posición 1 a la posición 2 en su movimiento en torno al Sol. Sin embargo, la Tierra tiene que pasar de la posición 1 a la posición 3 (o sea, rotar un grado más que 360) para que el Sol aparezca en la misma posición en el cielo en la que fue observado el día 1.

Esquema de la vista que se tiene del Sol desde la Tierra en rotación y en su movimiento simultáneo en torno al Sol. Fuente: Wikimedia Commons

Así y todo, conociendo esta combinación de movimientos de la Tierra que generan aquella diferencia entre el tiempo Solar y el Sidéreo, podemos construir un dispositivo que hemos denominado Reloj Estelar; que nos permitirá estimar la hora de uso civil (obtenida a partir del Día Solar medio) en algún momento de la noche, observando la posición en el cielo de un asterismo muy popular: Crux o Cruz del Sur.

 

Pero, ¿Por qué esta constelación? Primero, elegimos la Cruz del Sur porque es un rasgo del cielo formado por estrellas brillantes y relativamente sencillo de localizar o divisar. Y segundo, porque gran parte de esta constelación o toda (dependiendo de la latitud desde donde la observemos) está integrada por estrellas circumpolares, lo que la torna visible durante toda la noche y todo el año desde Argentina, siempre y cuando el cielo esté despejado. 

Porción de mapa celeste en el que vemos representada la constelación Crux junto a otras de la región. Crux es fácilmente reconocible a través de sus cuatro estrellas más brillantes que delimitan la forma de una cruz. Fuente: Stellarium

 

Precisamente, observando desde nuestras latitudes, la Cruz del Sur parece moverse en torno al polo sur celeste no sólo a lo largo de la noche, si no también, observándola cada día del año a una misma hora. Estos movimientos aparentes de la Cruz del Sur, ocasionados por la combinación de los movimientos de rotación y de traslación de la Tierra, fueron considerados y plasmados en nuestro Reloj Estelar que a continuación te invitamos a armar.

 

¡Armemos nuestro Reloj Estelar!

El instrumento que proponemos aquí y que nos permitirá estimar la hora aproximada en algún momento de la noche, parte de un diseño elaborado por el profesor de física y matemática A. E. Zandanel (2009). Nosotros lo hemos llamado Reloj Estelar y consta de tres partes. 

Un disco menor (figura inferior) en el cual, en su interior, tenemos una especie de mapa o proyección de las estrellas más brillantes de una amplia región en torno al polo sur celeste, incluidas las de la Cruz del Sur. Además, en el borde de este disco menor tenemos la escala de horas registradas de 0 a 24 hs.

Descargá aquí el reloj estelar para imprimir:  reloj estelar (para imprimir)

Por último, una aguja o indicador, colocado sobre el centro de los discos, se moverá sobre el menor de ellos y servirá para indicar la posición de la Cruz del Sur y además señalar la hora (Solar) en el círculo horario.

 

Así queda armado nuestro Reloj Estelar pronto para ser utilizado.

¿Cómo se usa este instrumento?

Una vez armado nuestro Reloj Estelar, vamos a posicionarnos mirando hacia el sur, elevando el reloj de tal forma de hacer coincidir el centro de nuestro reloj con el polo sur celeste, o el punto fijo en torno al cual parecen girar todas las estrellas vistas desde el hemisferio sur. 

Para poder determinar la posición del polo sur celeste, les recomendamos el siguiente método. Primero, debemos reconocer la constelación de la Cruz del Sur. Una vez localizada en el cielo, a partir del eje mayor de la Cruz, vamos a desplazar la misma longitud aparente de este eje 3 veces y media en la dirección del mismo, como lo indica la imagen inferior:

Otra forma de localizar el polo sur celeste desde la ciudad de Córdoba, es saber que este punto se encuentra aproximadamente a una altura sobre el horizonte igual a 3 puños extendidos sobre el firmamento desde el punto cardinal sur.

Esquema del método para localizar la posición del polo sur celeste prolongando el brazo mayor unas tres veces y media. Fuente: Díaz y Zandivarez (2014).

 

Una vez ubicada la posición del polo sur celeste, elevamos nuestro Reloj Estelar de manera tal que el centro del mismo coincida aproximadamente con aquel punto en el cielo.

Paso seguido, giramos o posicionamos el disco mayor hasta que el mes de abril quede hacia arriba.

Luego, giremos el disco menor hasta que la hora cero coincida con el mes y la fecha del dia de la observación. De este modo, el disco menor representará la posición en el cielo de la Cruz del Sur a medianoche.

Finalmente, moviendo el indicador hasta quedar paralelo a la posición en que se encuentra el eje mayor de la Cruz del Sur tal cual la vemos en el cielo (y no en el mapa del disco menor) en el momento de la observación. La intersección del indicador con el círculo horario del disco menor ¡nos dará la hora (Civil o Solar) en la que aproximadamente estamos realizando esta observación!

Ahora sí, podemos ir contentos a comunicarle a nuestros familiares y seres queridos, cómo a través de este sencillo instrumento podemos no sólo estimar de forma aproximada la hora en algún momento de la noche; si no también acercarnos a los movimientos aparentes del cielo y a categorías relacionadas a la medición del tiempo de la mano de la astronomía. ¡Que disfruten de nuestro Reloj Estelar!

 

Fuentes:

 

-Carbonell Camós, Eliseu (2004) Debates acerca de la Antropología del Tiempo. Barcelona, Departament d’antropologia Cultural i Història d’Amèrica i Àfrica, Universitat de Barcelona.

 

-Díaz Giménez, E. y Zandivarez, A. (2014). ¿Cuánto sabés sobre el universo? Apuntes básicos sobre Astronomía. Córdoba: Observatorio Astronómico de Córdoba – Universidad Nacional de Córdoba.

 

-Vives, Teodoro J. (1971) Astronomía de posición. Madrid: Editorial Alhambra

 

-Zandanel, A. E. (2009). Astronomía construida. Recursos para aprender o enseñar sobre Astronomía. Chivilcoy: GraFer.