La esfera celeste es una esfera imaginaria de radio arbitrario y centro en el observador. Sobre ella se proyectan las estrellas para estudiar sus posiciones con respecto al observador.
El Eje del mundo es el de rotación de la esfera celeste. Dicho eje corta a la esfera celeste en dos puntos, los polos celestes: el que se ve en el hemisferio norte, por hallarse por encima del horizonte es el polo norte; diametralmente opuesto a él y no visible por encontrarse por debajo del horizonte está el polo sur. La esfera celeste gira en 24 horas en la dirección este-oeste.
El desplazamiento de los polos, aunque lento era conocido por Hiparco, constituyendo el fenómeno precesión de los equínoccios Debido a la pequeña amplitud de dicho desplazamiento en muchas aplicaciones el eje del mundo puede considerarse como fijo.
En cada punto de la superficie terrestre, la dirección de la plomada determina la vertical del lugar, cuya intersección con la esfera celeste reciben los nombres de cenit y nadir.
Horizonte astronómico es el plano que pasa por el observador y es perpendicular a la vertical. La intersección de este plano con la esfera celeste es un círculo máximo que recibe el nombre de Horizonte.
Para determinar la posición de una estrella en coordenadas horizontales , un observador deberá medir su altura que es la distancia angular desde el horizonte hasta la estrella. En segundo lugar, tendrá que determinar el ángulo que forma la estrella con una dirección que se toma como origen, generalmente el sur (en astronomía) o el norte (navegación) medida sobre el horizonte y en sentido horario. Dicho ángulo se llama acimut.
El meridiano del lugar es un círculo máximo que pasa por el cenit y el polo norte. La intersección del meridiano y el horizonte determina una línea sobre el plano horizontal llamada meridiana, su intersección con la esfera celeste determina los puntos cardinales norte y sur. Su perpendicular corta a la esfera celeste en los puntos cardinales este y oeste. El origen de los acimuts es el punto cardinal sur.
Ecuador celeste es el plano que pasa por el observador y es perpendicular al eje del mundo. Su intersección con la esfera celeste se llama también ecuador.
Paralelos celestes son los círculos menores de la esfera celeste paralelos al ecuador.
Círculos horarios son los círculos máximos de la esfera celeste que pasan por los polos celestes. En particular el meridiano de un lugar es un círculo horario.
Para determinar la posición de una estrella en coordenadas horarias , un observador deberá medir su Ángulo Horario y la DeclinaciónAngulo horario es el arco de ecuador contado desde el punto de intersección del ecuador con el meridiano hasta el circulo horario del astro, en sentido horario; aunque se podrán medir en grados se usa para su medida la hora. (Una hora equivale a 15º).
Declinación es la distancia medida sobre el círculo meridiano desde el ecuador al círculo menor del astro. La declinación de un astro que se encuentre sobre el ecuador es cero. Y la declinación del polo norte es 90º mientras la del polo sur es -90º.
El polo norte está situado a un acimut de 180º,es decir, en la dirección del punto cardinal norte y a una altura que coincide con la latitud del observador. En el polo norte un observador vería la estrella polar en el cenit. Para un observador situado en el ecuador, el polo norte está sobre el horizonte. A latitudes intermedias, por ejemplo a 40º, el polo celeste se encuentra a una altura de 40º sobre el horizonte.
Entre las estrellas más próximas al polo norte, la mas fácilmente visible es la estrella polar, que se encuentra a un grado de éste, y describiendo un círculo alrededor de él. El radio de dicho circulo es dos veces el tamaño de nuestra Luna.
Se llaman circumpolares aquellas estrellas que por estar muy cerca del polo describen un círculo completo a su alrededor sin cortar el horizonte, por lo que son siempre visibles. Para un observador situado en el polo Norte son circumpolares todas las estrellas que estén en el hemisferio norte, es decir por "arriba" del ecuador, hablando con precisión, las que tienen declinación positiva. Para un observador situado en el ecuador todas las estrellas salen y se ponen por lo que no hay estrellas circumpolares. Para un observador situado a 40º de latitud son circumpolares todas las estrellas que disten menos de 40º del polo norte.
Los egipcios conocían las estrellas circumpolares a las que designaron como 'estrellas que no conocen la fatiga' y también "estrellas que no conocen la destrucción". A partir de tales observaciones, se identificaba a los cielos del norte con una región en la que no podía existir la muerte, el país donde se gozaba de una vida eterna feliz.
El resto de las estrellas incluido el sol y los planetas describen sólo parte de un círculo, cortando al horizonte en dos puntos: el orto y el ocaso.
En este movimiento diurno las estrellas conservan sus posiciones participando toda la esfera celeste de dicho movimiento.
Los antiguos agruparon las estrellas en distintas constelaciones dividiendo el cielo en regiones.
En seguida se comprobó que la salida y la puesta del sol no se producían sobre el mismo fondo de estrellas, sino que el sol se desplazaba a lo largo del año en dirección contraria al movimiento diurno, es decir, de oeste-este ocupando diferentes constelaciones.
Las constelaciones recorridas por el sol reciben el nombre de zodiacales por su etimología griega, en donde zood significa "ser viviente".
Esta trayectoria anual del sol se denominó eclíptica, porque sólo se observaban eclipses cuando la Luna la cruzaba.
El movimiento anual del sol es mucho mas lento que el diurno, recorriendo 360º en 365,24 días, es decir, con un movimiento medio de 0,9856 º/día.
Por tanto el sol poseía dos movimientos, uno diurno común con el resto de las estrellas, y otro anual propio.
La trayectoria diurna del sol varía en las diferentes épocas del año.
El día del equinoccio de primavera, el sol recorre el ecuador saliendo exactamente por el este y poniéndose exactamente por el oeste; su declinación es cero.(Ver 3, en la figura) estando doce horas sobre el horizonte.
A partir de entonces y hasta el solstício de verano el sol cada día sale por un punto del horizonte un poco más al norte del punto cardinal este, y se pone entre el norte y el oeste, culminando cada vez mas alto.
Se entiende por Culminación el paso de cualquier astro por el meridiano del lugar.
El arco que describe el sol sobre el horizonte supera la mitad de la circunferencia, así que el día dura mas de doce horas. La declinación es positiva. (ver 3 en la figura)
El día del solsticio de verano la declinación solar es máxima, alcanzando sobre el ecuador un ángulo de 23º 26'. Este día es cuando el sol culmina mas alto y por tanto la sombra producida por un estílete vertical al mediodía es la mínima del año. A partir de entonces y hasta el equinoccio de otoño la declinación solar disminuye hasta anularse en dicho día.
A partir del equinoccio de otoño el sol, que había permanecido sobre el hemisferio norte pasa al hemisferio sur, describiendo cada día una trayectoria paralela al ecuador pero mas baja sobre el horizonte, saliendo entre el este y el sur y poniéndose entre el oeste y el sur.
El arco descrito es inferior a una semicircunferencia, así que el día dura menos que la noche.
El día del solsticio de invierno es cuando el sol presenta una declinación mínima, D= - 23º 26'. Este día en el hemisferio norte culmina mas bajo, dando al mediodía la sombra mas larga del año.
A partir de este momento y hasta el equinoccio de primavera se repite su marcha.
Los hechos anteriores se pueden explicar suponiendo que el movimiento del sol sobre la eclíptica se efectúa en una trayectoria circular alrededor de la Tierra, estando la eclíptica inclinada un ángulo de 23º 26' (oblicuidad de la eclíptica).
El punto donde la eclíptica corta el ecuador, pasando el sol del hemisferio sur al norte, se llama punto Aries.
Se llama ascensión recta al ángulo que forma el punto Aries con el circulo horario del astro medido en sentido positivo.
El polo norte forma con el polo de la ecliptíca un ángulo de 23º 26' gírando en sentido retrógrado alrededor de él en 26.000 años (fenómeno denominado Precesión de los equinoccios). Como consecuencia de ello el punto Aries, intersección del ecuador con la eclíptica, retrograda sobre el ecuador en el mismo periodo, es decir, 50,25' por año.
A principios de la Era cristiana el Sol se proyectaba al comienzo de la primavera en la constelación de Aries. Actualmente,2000 años después, ha girado un ángulo = 50,2511 x 2000 = 27,92º, proyectándose en Piscis.
El día sidereo es el período de tiempo que emplea un astro en culminar dos veces consecutivas en el meridiano del observador. Su valor es de 23 h. 56m 4s. Y coincide exactamente con el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta con respecto a las estrellas fijas. Para un observador local el día sidereo comienza cuando el punto Aries atraviesa su meridiano, por tanto, la hora sidérea local será el ángulo horario que forma el punto Aries con el meridiano del observadores decir, el ángulo M. (Ver figura). El tiempo sidereo local es la ascensión recta de un astro mas el ángulo horario de dicho astro.
La palabra planeta significa vagabundo o errante y se aplicaba a los astros que modificaban sus posiciones respecto a las estrellas fijas. Todos gozaban de un movimiento diurno de este a oeste, acompañando a las estrellas mientras se desplazaban con lentitud hacía el este. Los planetas ocupan una estrecha banda de 8º de anchura a cada lado de la eclíptica llamada banda zodíacal, estando en ocasiones al norte o al sur de la eclíptica. Para los griegos y sus sucesores eran planetas el Sol, la Luna, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Ningún nuevo planeta fue descubierto hasta 1.781, mucho tiempo después de la revolución copernicana, y fue Urano.
El sol y la luna parecían moverse de una forma mas o menos regular, a lo largo del zodiaco, avanzando siempre de oeste a este, pero los cinco planetas viajaban de una forma mas irregular. Así el resto de los planetas se desplazan a lo largo del zodíaco de oeste a este, pero dicho movimiento se ve interrumpido durante breves intervalos por un movimiento retrógrado de este a oeste.
El retroceso va precedido de una pérdida en la velocidad de avance hasta pararse (planeta estacionario); luego, retrocede hasta alcanzar otra vez una posición estacionaría y reemprende el movimiento normal de oeste a este.
Mediante una observación cuidadosa los antiguos observaron que los periodos entre las retrogradaciones o periodo sinódico y aunque variaban eran por término medio 116 días, para Mercurio; 584 para Venus; 780 días para Marte; 399 para Júpiter y 378 para Saturno.
La retrogradación ocupa una parte mínima del movimiento del planeta que normalmente se desarrolla en sentido directo. Las duraciones de la retrogradación para los diferentes planetas son para Mercurio 23 días, Venus 42 días, Marte 73 días, Júpíter 123 días y Saturno 138 días.
Bucle de Venus cerca de Leo. La conjunción inferior D ocurre el 27 de Agosto de 1975, a las 13 horas TU y corresponde al día 293 tras la conjunción superior. Los números sobre la trayectoria de Venus corresponden a los días tras la conjunción superior. El planeta va en movimiento retrógrado desde C, 3 de Agosto de 1.975 (278 días) hasta E el 16 de Septiembre de 1.975 (315 días) en este caso retrograda durante 37 días.
Como está dibujada la posición cada 10 días es perfectamente perceptible la pérdida de velocidad al acercarse a C y la aceleración tras el fin del movimiento retrógrado.
LOS PLANETAS INTERIORES.
Mercurio y Venus, los llamados planetas interiores nunca se alejaban demasiado del sol.
Se llama elongación al ángulo medido desde la Tierra que forman el sol y un planeta. Se representa por E.
Mercurio tiene una elongación máxima con el Sol de 23º, mientras que la elongación máxima de Venus es de 45º.
Cuando están situados al este del Sol ambos planetas interiores aparecen como estrellas vespertinas, surgiendo a poco de ponerse el sol por el oeste y acompañándole casi inmediatamente en su desaparición por debajo del horizonte.
Tras alcanzar su máxima elongación oriental retrogradan hasta situarse al oeste del Sol, convirtiéndose en estrellas matutinas, apareciendo poco antes del alba y desapareciendo con los primeros rayos del sol.
Durante muchos milenios las antiguas civilizaciones los consideraron como astros distintos según apareciesen por la mañana o por la tarde.
Mercurio, debido a su proximidad al Sol, y los cortos periodos en que es visible, es difícil de observar.
La elongación puede tomar cualquier valor a diferencia de lo que ocurría con los planetas interiores. Cuando E = 0 los planetas se dicen que están en conjunción con el Sol, y no son visibles entonces. Cuando es de 180 los planetas están en oposicion. Entonces, precisamente, por estar en una posición diametralmente opuesta al Sol pasan a medianoche por el meridiano del lugar. Entre una y otra configuración ocupan cualquier posición.
La teoría heliocéntrica explica fácilmente que cuando un planeta exterior está en oposición al Sol se encuentra lo más cerca de la Tierra, y su brillo es máximo. Los planetas sólo retrogradan en las proximidades de la oposición, presentando entonces su máximo brillo. Este incremento del brillo ha siso interpretado a partir del siglo IV A.C. como una disminución de la distancia del planeta a la tierra. Esto es especialmente importante en el caso de Marte, pues su brillo en la oposición sólo es superado por la Luna y Venus. . En la Antigüedad estos dos hechos se expresaban con una sola acción estar en oposición pero la conexión por la teoría vigente que era la geocéntrica, no era en absoluto clara. Parecía como si la trayectoria solar y la planetario estuviesen de alguna forma misteriosamente conectadas.