El tercer planeta, más cerca del Sol

Comienza el año y, sin esperar un solo día más, ya tenemos la primera efeméride astronómica importante:  El día 2 de enero de 2016 se produce el paso del tercer planeta por el perihelio, el punto de su órbita que está más cerca del Sol.

Parece como si los astrónomos y divulgadores tuviéramos tantas cosas que contar a lo largo del año, que no pudiéramos esperar a que se acaben los ecos de las celebraciones del año nuevo para comenzar a dar la pelmada con algo que seguramente “ni te va ni te viene”. No tiene ningún efecto en nuestra vida cotidiana y ni siquiera podemos ver nada especial en el cielo.

Pero No. El que el perihelio casi coincida con el principio de año es una casual coincidencia y en realidad es culpa de emperadores romanos y papas católicos que arbitrariamente cambiaron el comienzo del año y ellos no tenían ni idea de dónde estaba la Tierra. También se debe a la época en que vivimos porque la fecha de este fenómeno se va desplazando poco a poco y con solo retroceder un par de siglos veríamos pasar a nuestro planeta por el perihelio a finales de año. 

Aunque la órbita de la Tierra es casi circular, lo cierto es que el Sol no está exactamente en el centro, y cuando la Tierra pasa por el perihelio se encuentra un 3% más cerca del Sol que en el más lejano, llamado afelio. Por eso ahora vemos el Sol un 1,5% más grande que la media, lo cual es imperceptible a no ser que hagamos una foto con un teleobjetivo o telescopio y la comparemos con otra hecha hace 6 meses. 

Gráfico esquemático de la situación. La distancia del Sol al centro se ha aumentado al triple para poder apreciar la diferencia entre Afelio y Perihelio.

A pesar de que este tema en principio no es muy llamativo, en él se pueden encontrar aparentemente varias paradojas, que merece la pena señalar y lo pueden hacer interesante:

a)      La Tierra pasa por el punto más cercano al Sol en pleno invierno (en el hemisferio Norte)

b)      Las fechas en que se produce van cambiando de una manera muy extraña: el pasado año 2015 fue el día 4 de enero, éste el 2 y el próximo de nuevo el 4.

c)      Sin embargo, a pesar que en la mayoría de las efemérides aparece esa fecha del 2 de enero, en algunas otras, (por lo general totalmente fiables) se cita el día 4 también en 2016.

d)      Si miramos los gráficos que se nos proponen en la inmensa mayoría de los casos para explicar el perihelio (no en el gráfico anterior que tiene la órbita incompleta), y nos fijamos un poco, nos daremos cuenta que son absurdos y contradictorios. No indican lo que nos dicen.

Todo esto exige una explicación más detallada.

a)      Cuando en la escuela se les va enseñando a los niños eso de las estaciones, y que la distancia al Sol no siempre es la misma, intuitivamente y utilizando una lógica aplastante, suponen que cuando más cerca estemos del Sol hará más calor, y será verano.
Los del hemisferio Norte caen en ese error, porque las estaciones tienen otra causa. En realidad se deben a la inclinación del eje terrestre que origina: por un lado que en verano el Sol alcanza una mayor altura y calienta más, y por otro que el día (desde la salida hasta la puesta, con el Sol calentándonos) es más largo.
Como a esas edades ya suelen conocer que en el hemisferio Sur las estaciones son las opuestas a las del Norte, solo con recordarles esa circunstancia se dan cuenta que lo que determina la mayor o menor temperatura estacional no es la proximidad al Sol.
En el hemisferio Sur no tienen ese problema.

b)      Estamos acostumbrados al cambio de fechas en el comienzo de las estaciones de un año a otro, por ejemplo el pasado invierno empezó el día 22 pero en 2016 empezará el 21, pero nunca con una diferencia de 2 días de un año a otro, ni tampoco de una manera aparentemente arbitraria:
En el caso de las estaciones el cambio se debe a ciclos de 4 años motivado por el efecto de los años bisiestos, y a un pequeño y paulatino adelanto de uno a otro que se compensa a final de siglo. Pero comparándolo con la fecha del perihelio, como se ve en el gráfico, parece que éste no sigue ningún criterio.

Fechas del comienzo del invierno (puntos verdes) y del paso por el perihelio (rojos) en los últimos años

¿Por qué ese baile?  

Por culpa de un actor que está ahí pero nunca pensamos que también actúa en esta obra. O mejor dicho, una actriz: La Luna.

De alguna manera, la Tierra también se mueve alrededor de la Luna (en realidad ambas se mueven alrededor del un mismo punto: el centro de masas del sistema) y esto hace que cambie su distancia al Sol según la fase Lunar, y la fecha del máximo acercamiento puede variar.

Este efecto se explica detalladamente al final,  después de los rombos, porque puede no ser adecuado para todos los públicos.

c)    Parece ser que cuando en  algunas efemérides (las menos) se  señala como fecha del perihelio el 4 -1-2016, no se refieren a la posición de la Tierra, sino del centro de masas del sistema Tierra-Luna: El perihelio de la órbita teórica considerando solo el Sol y un astro (la Tierra) que giraría a su alrededor siguiendo estrictamente las leyes de Kepler, si no interfiriera la Luna. 
Según los resultados proporcionados por estas efemérides, la variación de la fecha del perihelio es similar al del comienzo de las estaciones y sigue las mismas regularidades.

d)   ¿Por qué para ilustrar lo que es el perihelio, el punto de la órbita terrestre más cercano al Sol, se utilizan gráficos donde hay otro punto (que en los siguientes gráficos he marcado en rojo) que está claramente más cerca?

En cada uno de los 4 gráficos he añadido un punto rojo que está más cerca del Sol que el que ahí se señala como perihelio. Se pueden comparar las distancias según las acotaciones, también añadidas, en verde y rojo.

En mi opinión esto es un auténtico despropósito.

No es en una imagen errónea rebuscada (todos metemos la pata alguna vez). He copiado las 4 primeras imágenes que me han aparecido escribiendo en Google la palabra “ Perihelio”. Es una tónica general y en las imágenes que me proporciona el buscador no hay ninguna aceptable hasta la novena, y para encontrar alguna realmente correcta hay que ir más allá de la trigésima.
Alguien me indicó que podrían ser gráficos "en perspectiva", pero creo que sería aún más absurdo ilustrar la posición del perihelio con un gráfico en perspectiva.

Quizás la única explicación, es que se haga así para poder utilizar la misma imagen en un desarrollo conjunto con otros conceptos que no quedarían tan claros con el gráfico correcto. Pero … ¿Por qué hacerlo mal, si se pueden conseguir las mismas utilidades, pero poniendo bien el perihelio?

Posiblemente este tipo de gráficos han llevado a la inmensa mayoría de la gente a hacernos una idea errónea sobre cómo es realmente la órbita de la Tierra. El origen de esta cuestión parece tan kafkiano, que he dedicado un post íntegramente a este tema.

Verdaderamente lo merece, y te va a sorprender.

Además del efecto que modifica las fechas de las estaciones, con ciclos de 4 años, en la fecha del perihelio hay otro motivo, el producido por la precesión de los equinoccios, que la altera. El calendario está ajustado a las estaciones y no a la posición en la órbita. La precesión no afecta al comienzo de las estaciones pero sí a cualquier fenómeno que esté ligado a un punto concreto de la órbita terrestre (perihelio, afelio,  cambio en las fechas de las constelaciones zodiacales, orto helíaco de Sirio u otra estrella, …)

Pero este efecto de la precesión es muy pequeño y de un año a otro solo podría atrasar unos minutos, que hicieran saltar una fecha, pero nunca 2 o incluso 3 días.

Así mismo el perihelio tiene una precesión propia, pero es incluso más lenta.

Como se ha dicho arriba, es la Luna lo que motiva estos cambios extraños porque afecta al movimiento de la Tierra alrededor del Sol como se ve en este gráfico:

 

El centro de masas del sistema Tierra-Luna (punto blanco situado en el interior de la Tierra) sigue la órbita teórica alrededor del Sol. (línea negra). El centro de la Tierra describe una línea sinusoidal, más cerca o más lejos del Sol, según la fase lunar. 1 Creciente  2 Llena,  3 Menguante  4 Nueva.
No se han mantenido las proporciones y los efectos están muy ampliados para poder visualizarlos.

Este gráfico es similar al que suele utilizarse para trazar la trayectoria real de la Luna alrededor del Sol, como se cita luego, pero no es el mismo. En este caso es la trayectoria del centro de la Tierra.

También la Luna sigue una trayectoria de este tipo, tomando como referencia el sistema solar. Se desvía aún más de la órbita teórica alrededor del Sol, aunque si no se exagera esta desviación (como se ha hecho aquí), la órbita de la Tierra y la de la Luna serían indistinguibles a esta escala.

Generalización del gráfico anterior, con la situación de la Tierra en las proximidades del perihelio en 2016

Debido a la influencia gravitatoria de la Luna, la Tierra no se mueve según su órbita teórica (línea negra), sino la línea sinusoidal (en azul)
La posición del Sol, en el gráfico demasiado separado del centro, y la desviación de la línea sinusoidal respecto a la órbita teórica, están muy exageradas para poder apreciar el efecto.

Este gráfico sirve también para ilustrar cómo se mueve la Luna tomando como referencia el Sistema Solar. Nuestro satélite no llega a circunvalar a la Tierra. En realidad no da vueltas alrededor de la Tierra, tomando esa referencia objetiva. Desde aquí la vemos girando a nuestro alrededor, pero nuestra referencia no es fija.
En cualquier caso, haciendo los gráficos a escala, no se diferenciarían las órbitas de la Tierra y la Luna (alrededor del Sol). El grosor de la línea negra incluye a ambas.

En 2016 el perihelio según una órbita teórica ocurriría en el punto negro pasado el cuarto menguante (el día 4), pero la Tierra se encontrará un poco más lejos respecto al Sol que en su posición teórica en la órbita (en el punto verde), y por ello un par de días antes la distancia al Sol es menor (punto azul)

Ejemplos de lo ocurrido en los últimos años para ilustrar estas circunstancias (datos obtenidos de la web del ministerio de fomento):

Año	Día perihelio	Hora T.U.	Distancia al Sol	Fase lunar Edad en días
2003	4 enero	05:01:43	0.98332 U.A.	2
2004	4	17:41:56	0.98326	12
2005	2	17:45:41	0.98330	21
2006	4	15:29:39	0.98333	4
2007	3	19:42:58	0.98326	14
2008	3 (2 en TU)	23:51:06	0.98328	25
2009	4	15:29:40	0.98327	8
2010	3	00:09:15	0.98329	17
2011	3	18:31:58	0.98334	28
2012	5	00:31:51	0.98328	12
2013	2	04:37:35	0.98329	20
2014	4	11:58:33	0.98333	3
2015	4	06:36:10	0.98328	13
2016	2	22:48:45	0.98330	22
2017	4	14:17:49	0.98331	6

En los 3 casos (4 incluyendo 2008) que ha habido un extraño adelanto (al día 2) y luego retroceso la Luna estaba entre el cuarto menguante y la Luna nueva, edad cercana a 20 días. La Tierra se está alejando del Sol, de manera que los días anteriores al perihelio teórico está más cerca que éste.

Los atrasos se producen con Luna creciente de edad cercana a 10 (en 2004 no fue el día 5 por pocas horas). La Tierra está cada vez más cerca del Sol y pasado el perihelio teórico sigue aproximándose y el máximo acercamiento se produce después. Por eso son perihelios más cercanos que la media.

Los perihelios cercanos a la Luna nueva son con una distancia al Sol mayor de la media. Los próximos a luna Llena son a distancia menor.

Hay otros factores que modifican las órbita terrestre y podrían afectar muy ligeramente al perihelio, como la atracción gravitatoria de Júpiter u otros planeta, pero ese efecto es muchísimo menor que el de la Luna.