En astronomía y navegación , la esfera celeste es una esfera abstracta que tiene un radio arbitrariamente grande y es concéntrica a la Tierra . Todos los objetos del cielo pueden concebirse como proyectados sobre la superficie interior de la esfera celeste, que puede estar centrada en la Tierra o en el observador. Si estuviera centrada en el observador, la mitad de la esfera parecería una pantalla hemisférica sobre el lugar de observación.
La esfera celeste es una herramienta conceptual utilizada en astronomía esférica para especificar la posición de un objeto en el cielo sin considerar su distancia lineal al observador. El ecuador celeste divide la esfera celeste en hemisferios norte y sur .
Debido a que los objetos astronómicos se encuentran a distancias tan remotas, la observación casual del cielo no ofrece información sobre sus distancias reales. Todos los objetos celestes parecen igualmente lejanos , como si estuvieran fijados en el interior de una esfera con un radio grande pero desconocido, [1] que parece girar hacia el oeste sobre nuestras cabezas; Mientras tanto, la Tierra bajo nuestros pies parece permanecer quieta. Para los fines de la astronomía esférica , que se ocupa únicamente de las direcciones de los objetos celestes, no importa si este es realmente el caso o si es la Tierra la que gira mientras la esfera celeste está estacionaria.
Se puede considerar que la esfera celeste tiene un radio infinito . Esto significa que cualquier punto dentro de él, incluido el ocupado por el observador, puede considerarse centro . También significa que todas las líneas paralelas , ya sea que estén separadas por milímetros o a través del Sistema Solar entre sí, parecerán cruzar la esfera en un solo punto, análogo al punto de fuga de la perspectiva gráfica . [2] Todos los planos paralelos parecerán cruzar la esfera en un gran círculo coincidente [3] (un "círculo de fuga").
Por el contrario, los observadores que miren hacia el mismo punto en una esfera celeste de radio infinito mirarán a lo largo de líneas paralelas, y los observadores que miren hacia el mismo círculo máximo, a lo largo de planos paralelos. En una esfera celeste de radio infinito, todos los observadores ven las mismas cosas en la misma dirección.
Para algunos objetos, esto está demasiado simplificado. Los objetos que están relativamente cerca del observador (por ejemplo, la Luna ) parecerán cambiar de posición respecto de la esfera celeste distante si el observador se mueve lo suficiente, digamos, de un lado del planeta Tierra al otro. Este efecto, conocido como paralaje , se puede representar como un pequeño desplazamiento desde una posición media. Se puede considerar que la esfera celeste está centrada en el centro de la Tierra , el centro del Sol o cualquier otra ubicación conveniente, y se pueden calcular los desplazamientos de las posiciones referidas a estos centros. [4]
De esta manera, los astrónomos pueden predecir posiciones geocéntricas o heliocéntricas de objetos en la esfera celeste, sin necesidad de calcular la geometría individual de ningún observador en particular, y se mantiene la utilidad de la esfera celeste. Los observadores individuales pueden calcular sus propias pequeñas compensaciones con respecto a las posiciones medias, si es necesario. En muchos casos en astronomía, las compensaciones son insignificantes.
Por tanto, la esfera celeste puede considerarse como una especie de taquigrafía astronómica y la aplican con mucha frecuencia los astrónomos. Por ejemplo, el Almanaque Astronómico de 2010 enumera la posición geocéntrica aparente de la Luna el 1 de enero a las 00:00:00.00 hora terrestre , en coordenadas ecuatoriales , como ascensión recta 6 h 57 m 48,86 s , declinación +23° 30' 05,5" . En esta posición se implica que está proyectada sobre la esfera celeste; cualquier observador en cualquier lugar que mire en esa dirección vería la "Luna geocéntrica" en el mismo lugar contra las estrellas. Para muchos usos aproximados (por ejemplo, calcular una fase aproximada de la Luna), esta posición, vista desde el centro de la Tierra, es adecuada.
Para aplicaciones que requieren precisión (por ejemplo, calcular la trayectoria de la sombra de un eclipse ), el Almanaque proporciona fórmulas y métodos para calcular las coordenadas topocéntricas , es decir, vistas desde un lugar particular de la superficie de la Tierra, basándose en la posición geocéntrica. [5] Esto abrevia enormemente la cantidad de detalles necesarios en tales almanaques, ya que cada observador puede manejar sus propias circunstancias específicas.
Las esferas celestes (u orbes celestes) fueron concebidas como entidades perfectas y divinas inicialmente por los astrónomos griegos como Aristóteles . Compuso un conjunto de principios llamado física aristotélica que describía el orden natural y la estructura del mundo. Como otros astrónomos griegos, Aristóteles también pensó en la "...esfera celeste como el marco de referencia para sus teorías geométricas de los movimientos de los cuerpos celestes". [6] Con su adopción de la teoría de Eudoxo de Cnido , Aristóteles había descrito los cuerpos celestes dentro de la esfera celestial como llenos de pureza, perfección y quintaesencia (el quinto elemento que se sabía que era divino y puro según Aristóteles). Aristóteles consideraba que el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas fijas eran esferas perfectamente concéntricas en una región superlunar por encima de la esfera sublunar . Aristóteles había afirmado que estos cuerpos (en la región supralunar) son perfectos y no pueden ser corrompidos por ninguno de los elementos clásicos : fuego, agua, aire y tierra. Los elementos corruptibles sólo estaban contenidos en la región sublunar y los elementos incorruptibles estaban en la región superlunar del modelo geocéntrico de Aristóteles. Aristóteles tenía la noción de que los orbes celestes debían exhibir un movimiento celestial (un movimiento circular perfecto) que se prolongara por la eternidad. Sostuvo también que el comportamiento y la propiedad siguen estrictamente un principio de lugar natural donde el elemento por excelencia se mueve libremente por voluntad divina, mientras que los demás elementos, fuego, aire, agua y tierra, son corruptibles, sujetos a cambios e imperfecciones. Los conceptos clave de Aristóteles se basan en la naturaleza de los cinco elementos que distinguen la Tierra y los Cielos en la realidad astronómica, tomando el modelo de esferas separadas de Eudoxo.
Numerosos descubrimientos de Aristóteles y Eudoxo (aproximadamente 395 a. C. a 337 a. C.) han provocado diferencias en ambos modelos y comparten propiedades similares simultáneamente. Aristóteles y Eudoxo afirmaron dos recuentos diferentes de esferas en los cielos. Según Eudoxo, sólo había 27 esferas en el cielo, mientras que en el modelo de Aristóteles hay 55 esferas. Eudoxo intentó construir su modelo matemáticamente a partir de un tratado conocido como Sobre las velocidades ( griego : Περί Ταχών ) y afirmó que la forma del hipopédico o lemniscata estaba asociada con el retroceso planetario . Aristóteles enfatizó que la velocidad de los orbes celestes no cambia, como los cielos, mientras que Eudoxo enfatizó que los orbes tienen una forma geométrica perfecta. Las esferas de Eudoxo producirían movimientos indeseables en la región inferior de los planetas, mientras que Aristóteles introdujo desenrolladores entre cada conjunto de esferas activas para contrarrestar los movimientos del conjunto exterior, o de lo contrario los movimientos exteriores se transferirán a los planetas exteriores. Aristóteles observaría más tarde "... los movimientos de los planetas utilizando combinaciones de esferas anidadas y movimientos circulares de manera creativa, pero observaciones posteriores siguieron deshaciendo su trabajo". [7]
Aparte de Aristóteles y Eudoxo, Empédocles dio una explicación de que el movimiento de los cielos, moviéndose a una velocidad divina (relativamente alta), coloca a la Tierra en una posición estacionaria debido al movimiento circular que impide el movimiento descendente por causas naturales. Aristóteles criticó el modelo de Empédocles, argumentando que todos los objetos pesados van hacia la Tierra y no el propio remolino que viene a la Tierra. Lo ridiculizó y afirmó que la declaración de Empédocles era extremadamente absurda. Todo lo que desafiara el movimiento del lugar natural y los cielos inmutables (incluidas las esferas celestes) fue criticado inmediatamente por Aristóteles.
Estos conceptos son importantes para comprender los sistemas de coordenadas celestes , marcos para medir las posiciones de los objetos en el cielo . Ciertas líneas y planos de referencia de la Tierra, cuando se proyectan sobre la esfera celeste, forman las bases de los sistemas de referencia. Estos incluyen el ecuador , el eje y la órbita de la Tierra . En sus intersecciones con la esfera celeste, estos forman el ecuador celeste , los polos celestes norte y sur , y la eclíptica , respectivamente. [8] Como la esfera celeste se considera arbitraria o de radio infinito, todos los observadores ven el ecuador celeste, los polos celestes y la eclíptica en el mismo lugar contra las estrellas de fondo .
A partir de estas bases, las direcciones hacia los objetos en el cielo se pueden cuantificar mediante la construcción de sistemas de coordenadas celestes. De manera similar a la longitud y latitud geográficas , el sistema de coordenadas ecuatoriales especifica posiciones relativas al ecuador celeste y los polos celestes, utilizando ascensión recta y declinación. El sistema de coordenadas de la eclíptica especifica posiciones relativas a la eclíptica ( órbita de la Tierra ), utilizando la longitud y latitud de la eclíptica . Además de los sistemas ecuatorial y eclíptico, algunos otros sistemas de coordenadas celestes, como el sistema de coordenadas galácticas , son más apropiados para propósitos particulares.
Los antiguos asumieron la verdad literal de las estrellas unidas a una esfera celeste, que giraban alrededor de la Tierra en un día, y una Tierra fija. [9] El modelo planetario de Eudoxano , en el que se basaron los modelos aristotélico y ptolemaico , fue la primera explicación geométrica del "errante" de los planetas clásicos . [10] Se pensaba que la más externa de estas "esferas de cristal" llevaba las estrellas fijas . Eudoxo utilizó 27 sólidos esféricos concéntricos para responder al desafío de Platón : "¿Bajo el supuesto de qué movimientos uniformes y ordenados se pueden explicar los movimientos aparentes de los planetas?" [11] Anaxágoras, a mediados del siglo V a. C., fue el primer filósofo conocido en sugerir que las estrellas eran "piedras ardientes" demasiado lejanas para sentir su calor. Aristarco de Samos expresó ideas similares . Sin embargo, no entraron en la astronomía convencional del período antiguo tardío y medieval. El heliocentrismo copernicano eliminó las esferas planetarias, pero no necesariamente excluyó la existencia de una esfera para las estrellas fijas. El primer astrónomo del Renacimiento europeo que sugirió que las estrellas eran soles distantes fue Giordano Bruno en su De l'infinito universo et mondi (1584). Esta idea estaba entre los cargos, aunque no en un lugar destacado, presentados contra él por la Inquisición. La idea se generalizó a finales del siglo XVII, especialmente después de la publicación de Conversaciones sobre la pluralidad de mundos de Bernard Le Bovier de Fontenelle (1686), y a principios del siglo XVIII ya eran los supuestos de trabajo predeterminados en la astronomía estelar.
Una esfera celeste también puede referirse a un modelo físico de la esfera celeste o globo celeste. Estos globos mapean las constelaciones en el exterior de una esfera, lo que da como resultado una imagen especular de las constelaciones vistas desde la Tierra. El ejemplo más antiguo que se conserva de tal artefacto es el globo terráqueo de la escultura del Atlas Farnesio , una copia del siglo II de una obra más antigua ( período helenístico , ca. 120 a. C.).
Por supuesto, los observadores de otros mundos verían objetos en ese cielo en condiciones muy parecidas, como si los proyectaran sobre una cúpula. Se podrían construir sistemas de coordenadas basados en el cielo de ese mundo. Estos podrían basarse en la "eclíptica" equivalente, los polos y el ecuador, aunque las razones para construir un sistema de esa manera son tanto históricas como técnicas.
Astronomía esférica de chauvenet., pag. 19, en libros de Google.
Astronomía práctica., arte. 2, pág. 5, en libros de Google.
