El Sol y su movimiento anual

La descripción correcta del sistema solar implica abandonar la idea de que la tierra ocupa el lugar central. Aunque este hecho siempre debe estar presente en nuestra mente a veces es conveniente considerar que en efecto la Tierra es el centro. Por ejemplo, este modelo ficticio nos ayuda a responder con facilidad la siguiente pregunta: ¿por qué justo en el polo norte o en el sur el día y la noche duran 6 meses? 

Podemos considerar que durante un año, el sol se mueve a lo largo de una trayectoria (llamada eclíptica) la cual, en nuestro modelo geocéntrico, puede definirse con respecto al ecuador celeste, es decir, la proyección del ecuador de la tierra sobre una esfera imaginaria en la cual se asumen fijas todas las estrellas. Dependiendo de la época del año, el sol puede moverse arriba del ecuador celeste (en el hemisferio norte celeste) o por debajo de este (en el hemisferio sur celeste). Imaginemos ahora que estamos en el polo norte. Allí, el ecuador celeste coincide con el horizonte local del observador, por tanto, si el sol está debajo del ecuador, lo estará también del horizonte y no podremos observarlo. Esto normalmente ocurre entre septiembre y marzo. Durante los próximos seis meses, el sol estará sobre el ecuador celeste y por lo tanto sobre el horizonte, permitiendo su vista. La misma situación pero a la inversa ocurre en el polo sur.

Ahora bien, consideremos un caso más familiar: ¿cómo se mueve el Sol en el cielo de Medellín a lo largo del año? Para responder con propiedad esta pregunta, consideremos cuatro días particulares del calendario. Estos son; marzo 21 (equinoccio de primavera), Junio 21 (solsticio de verano), septiembre 22 (equinoccio de otoño) y diciembre 21 (solsticio de invierno). En los días correspondientes a los equinoccios, el Sol se encontrará justo en el ecuador celeste. 

Antes de proseguir, tengamos en cuenta que una forma de definir las coordenadas geográficas es a partir de los puntos donde la línea del ecuador celeste que surca el cielo intersecta al horizonte del observador, como lo muestra la siguiente figura.

Fig 1. Los puntos cardinales Este y Oeste pueden definirse usando la línea del ecuador
celeste y su intersección con el horizonte local. 

Si el día del equinoccio, el Sol se mueve a lo largo del ecuador celeste y este define las coordenadas oriente y occidente, entonces es claro que solo en esos días, el sol saldrá exactamente por el Este y se pondrá justo por el Oeste.

Ahora estudiemos los solsticios. Como ya se dijo, existen días en los cuales la posición del sol coincide con el ecuador celeste y otros en los que estará sobre o por debajo de él. Este último caso corresponde a los solsticios. Para un observador en el hemisferio norte, en el día del solsticio de verano, el 21 de junio aproximadamente, el Sol estará sobre el ecuador celeste a exactamente 23,5º. Por esta razón se dice, que en el día del solsticio de verano, el Sol alcanza su punto más alto en el cielo. Lo opuesto sucede el 21 de diciembre, en el solsticio de invierno, donde el Sol alcanza una altura mínima.

Fig 2. Posición del Sol el día del solsticio de invierno
en el hemisferio norte.

Ahora, hagamos un ejercicio mental. Imaginemos una línea paralela al ecuador que pase justo sobre el cenit de un observador situado a una latitud $\delta$. Si $\delta>0º$, es decir, si estamos en el hemisferio norte, con respecto a esta línea imaginaria el Sol podrá moverse $23,5º + \delta$ hacia el sur y $23,5º - \delta$ hacia el norte. En este caso, la condición necesaria para que el Sol pase por el cenit es 
$$23,5º - |\delta|\geq 0º$$  
Si estamos en el hemisferio sur, con respecto a una paralela al ecuador que pase por el cenit, el Sol podrá moverse $23,5º - \delta$ hacia el sur y $23,5º + \delta$ hacia el norte. En este caso, la condición de paso por el cenit es exactamente la misma. El valor absoluto de la latitud deriva del hecho de que para el hemisferio sur $\delta<0$ y para el norte $\delta>0$.

Contrario a lo que comúnmente se cree, el Sol no se encuentra justo sobre nuestras cabezas al medio día durante todo el año. Solo en días particulares ocurrirá este fenómeno que es conocido como el día sin sombra. Este evento solo es observable para latitudes entre los 23,5º N y 23,5º S. En la ciudad de Medellín, pudimos presenciarlo el pasado 6 de septiembre. 

Fig 3. Cortesía: Planetario de Medellín