miércoles, 18 de mayo de 2022

7. Constelaciones zodiacales. PIAM - U.C.R. (Clase del 18/05/2022)

Constelaciones Zodiacales (de la eclíptica).

Aries (Carnero).   

Con un tamaño de 441,4 grados2, Aries está debajo de Andrómeda, encima de Cetus y al Oeste de Taurus.
Se observa mejor durante el otoño (setiembre a diciembre) y el invierno (enero a marzo).
Culmina a las 22 horas el 20 de noviembre.
A simple vista Aries sólo tiene tres estrellas de interés; la gigante roja Hamal (a Ari) a unos 75 años luz, Sheratan ( β Ari) a 52 años luz y la binaria física Mesarthim (γ 
Ari) a unos 160 años luz.

Taurus (Toro).

Taurus se reconoce por la cabeza de toro en forma de "V", con la gigante roja Aldebarán como su ojo. Con dos largos cuernos, uno termina en la estrella (ζ Tauri), cerca de la "Nebulosa del Cangrejo" (M1).
Este objeto es un remanente de la brillante supernova reportada por astrónomos chinos el 4 de julio del año 1054.
El otro cuerno termina en la estrella Elnath (
β Tau) que está a unos 300 años luz.
Aldebarán (a Tau) es una de las pocas estrellas de primera magnitud que puede ser ocultada por la Luna. Su color es anaranjado, la temperatura de su superficie es 3400 K y está a una distancia de 68 años luz.
Hay dos cúmulos galácticos (abiertos) en Taurus, las Pléyades (M45) o "siete cabritas", que culmina a las 22 horas. el 15 de diciembre y las Híades (o lluviosas), cerca del vértice de la "V" y marcan la cabeza del toro.


Pléyades.


Nebulosa del Cangrejo.


Híades.

Gemini (Gemelos).

La estrella doble Castor (Gem) que está a unos 45 años luz es la mayor atracción estelar en Gemini.
La gigante roja Pollux ( β Gem) que representa la cabeza del gemelo inmortal, más brillante que Castor, brilla con un color amarillento. La temperatura en su superficie es 4500 K, es unas 35 veces más luminosa que el Sol y está a unos 35 años luz.
M35 es un cúmulo abierto que ofrece una visión magnífica con binoculares. Está al pie de Castor, cerca de la estrella variable Tejat (η Gem).
NNGC 2392.
Un buen blanco para telescopios pequeños es la nebulosa planetaria NGC 2392 también llamada "Nebulosa esquimal”, la cual se encuentra cerca de la estrella  doble 
 (δ Gem) o Wasat.



Cáncer (Cangrejo).

Esta pequeña constelación (505,9 grados2) culmina a las 22 horas el primero de marzo.
Sus estrellas más importantes, casi todas  de magnitud mayor que 4,  forman una letra lambda (λ).
Hay dos cúmulos galácticos en Cáncer, ambos clasificados como objetos Messier. El más notable es M44 conocido como Praesepe ("Pesebre"), que tiene una edad de 650 millones de años y está a 525 años luz. Se puede observar a simple vista (m = 3,1) y es un magnífico blanco para binoculares.
El otro cúmulo es M67,  cercano a la estrella Acubens (Cancri), está a 2500 años luz. Su magnitud visual total es 6,9 y requiere por lo tanto la ayuda de binoculares o telescopio para poderlo observar.     

Leo (león). 

Esta constelación culmina a las 22 horas el primero de abril.
Alpha Leonis o Regulus (m= 1,36) es la estrella más brillante, la cual forma el punto de un bien definido signo de pregunta invertido, bastante fácil de identificar. Regulus está a 85 años luz y su posición a sólo 0,5 grados de la eclíptica la hace un sitio común para ver allí la Luna y los planetas brillantes.
La estrella de segunda magnitud Denebola (β Leonis) constituye el extremo oriental de un triángulo, cuyas otras dos estrellas son (δ Leo) y (θ Leo).
La estrella Algieba (γ Leo), la melena del león, es una  de la binarias más bellas. Las dos estrellas de segunda y tercera magnitud producen una magnitud visual total de 2,30 y tienen una coloración anaranjada.
Cinco objetos Messier, M65, M66, M95, M96M105, son algunas de las galaxias y nebulosas de Leo que pueden verse con telescopios moderados. 

M66.

Triplete de Leo.
M66                                   NGC3628
M65                            

M96.

Virgo (Virgen).    

Virgo es también una constelación ecuatorial, cuyo centro culmina a las 22 horas alrededor del 10 de mayo.
Contiene el punto del equinoccio de setiembre muy cercano a la estrella de segunda magnitud Alaraf (β Vir).
La estrella (Vir), más conocida como Spica  ("Espiga"), es una binaria de magnitud 1, la 16ava estrella más brillante del cielo, 2300 veces más brillante que el Sol,  está a 275 años luz.
M104.
A pesar de que la Vía Láctea no pasa por esta área,
Virgo contiene cientos de galaxias, entre ellas 11 objetos Messier, M49, M58, M59, M60, M61, M84, M86, M87, M89, M90 y M104.
M87 tiene más estrellas que la galaxia de Andrómeda o que la Vía Láctea y se considera un buen candidato para la existencia de un masivo agujero negro en su centro.
La "Galaxia del Sombrero" en la frontera con la constelación Corvus, fue descubierta después que Charles Messier finalizara su catálogo con 102 objetos y se agregó a la lista en 1784 como M104.  

Libra (Balanza).

Las estrellas (Lib) o Zuben Elgenubi ("pinza austral del escorpión"), (β Lib) o Zuben Elschemali ("pinza boreal del es­corpión"), (γ Lib)  y (σ Lib) forman una especie de trapezoide con el cual se puede identificar la constelación, que mide 538 grados2.
Libra representaba entre los griegos el símbolo de la justicia.
Antiguamente se le unía a la constelación Scorpius, de ahí los nombres árabes de las dos estrellas principales.
Libra es el único miembro inanimado del zodiaco.

Scorpius (Escorpión).

Es para mí la constelación más notable del zodiaco.
Según la mitología el escorpión fue la criatura enviada por Apolo para matar a Orión, por eso los dioses los pusieron en lados opuestos del cielo.
La estrella supergigante roja Antares (Scorpii) es la más brillante de la constelación, tiene un diámetro de 700 veces el del Sol, aunque su masa es sólo unas 10 o 15 masas solares, está a 520 años luz. 
La segunda  estrella en brillo es Shaula (λ Scorpii), al final de la ponzoña del escorpión.
Hay cinco objetos Messier en la constelación, los cúmulos galácticos M6 y M7, al Noreste de Scorpii. Los cúmulos globulares M4, a sólo 1,2° al Oeste de Antares y el  M80, a la mitad de las distancia entre Antares y (β Scorpii). M62 es un cúmulo globular colocado en la frontera 
entre Scorpius y Ophiuchus.
Scorpius
(foto de Emilio Mora. San Cruz de Turrialba).

Sagittarius (Sagitario).

Esta constelación no contiene estrellas especialmente brillantes, pero la Vía Láctea y su centro se encuentran en la parte Oeste de la constelación.
La "cafetera", formada por las estrellas (λφσζε, γ Sag), es fácil de identificar.
La Estrella más brillante de toda la constelación es (ε Sgr), denominada Kaus Australis, su magnitud es 1,82.
Hay también gran cantidad de estrellas dobles, estrellas variables, cúmulos galácticos (M17, M18, M21, M23, M24 y M25), cúmulos globulares (M22, M28, M54, M55, M69, M70 y M75), y tres nebulosas difusas; la "Trífida" (M20), la "Laguna" (M8) y la "Omega(M 17).

Nebulosa Trífida.

Centro de la Vía Láctea.




Nebulosa Laguna.

Capricornus (Capricornio).

Capricornus culmina a las 22 horas alrededor del primero de setiembre.
Las estrellas principales forman un triángulo invertido, como la parte inferior de un "bikini".
Alfa Capricorni (Al Giedi) es un par óptico visible al ojo desnudo, cada uno de cuyos miembros es a su vez doble.
Beta Capricorni es también una estrella doble.
M30 es un cúmulo globular descubierto por Messier en agosto de 1764, con un telescopio de 5 cm de apertura.

Aquarius (Acuario).

Aquarius culmina a las 22horas el primero de octubre.
El asterismo más simple de identificar es el jarrón con el agua, en forma de "Y", que se parece mucho al símbolo de los autos Mercedes-Benz. La "Y" está formada por las estrellas Zeta (ζ ) al centro, Pi (π), Eta (η) y Gamma(γ).
Al Este del jarrón está la estrella de tercera magnitud Aquarii, conocida como Sadalmelik. Más al Sureste está Aquarii o Sadalsud también de tercera magnitud.
Hay dos cúmulos globulares en Acuario, M2 y M72.
También hay dos nebulosas planetarias, la "la nebulosa de la hélice", considerada la más grande y cercana, y la "nebulosa Saturno.
M73  no es un cúmulo verdadero, es simplemente un nudo de 4 estrellas pequeñas. 

Pisces (Peces).

Pisces es una constelación grande (889 grados2), no contiene estrellas muy brillantes y su centro culmina a las 22 horas cerca del primero de noviembre.
Es interesante observar el "Circulete", formado por las estrellas ιθ, γκλ , el cual representa al pez occidental.
M74, una galaxia espiral de magnitud total 10, es otro de los objetos no estelares incluidos posteriormente en el catálogo Messier.

Ophiuchus (serpentario).

Es una constelación no zodiacal por la que pasa la eclíptica:
Ophiuchus es una gran constelación con muchas estrellas, pero ninguna es más brillante que magnitud 2. Está Localizada al Norte de Scorpius y al Sur de Hercules, y culmina a las 22 horas el 5 de julio.
La estrella Ras Alhague (a Oph) y Kelb Alrai (β Oph), son las estrellas más brillantes, con magnitudes respectivas de 2,1 y 2,9.
Cinco cúmulos globulares M9, M10, M12, M19 y M62 pueden verse con telescopios pequeños.
La eclíptica pasa a través de esta constelación, y el Sol la recorre del 30 de noviembre al 18 de diciembre, lo cual representa un problema para quienes pretenden conciliar los signos zodiacales con las constelaciones que recorre el Sol.

miércoles, 11 de mayo de 2022

6. Esfera celeste. PIAM - U.C.R. (Clase del 11/05/2022)

La esfera celeste
Un observador en la Tierra puede considerar totalmente válido, para ciertos propósitos, especialmente los relacionados con la observación del firmamento que:
  • Está en el centro del universo y que éste se extiende en todas direcciones.
De esa manera, los astros se consideran proyectados sobre una esfera de radio indefinido, denominada la esfera celeste (https://en.wikipedia.org/wiki/Celestial_sphere), que rota de Este a Oeste cada 24 horas.
Pero también, poco a poco, durante un año y entonces nos muestra durante la noche, diferentes regiones del cielo.
Observando la Luna, el Sol, los planeta, durante las ocultaciones (https://en.wikipedia.org/wiki/Occultation) de estrellas, los tránsitos (https://en.wikipedia.org/wiki/Transit_%28astronomy%29) de Mercurio y de Venus, y por los eclipses, se puede concluir que: a excepción de los meteoros;
  • La Luna es el objeto celeste más cercano.
  • Venus y Mercurio a veces están más cerca que el Sol, durante conjunciones inferiores, (https://en.wikipedia.org/wiki/Conjunction_%28astronomy%29) y otras veces al otro lado (conjunciones superiores). 
  • Luego tendríamos el Sol y los demás planetas y por último las estrellas, nebulosas, galaxias  y otros cuerpos celestes.
    Sin embargo, para el concepto de esfera celeste, estas distancias no tienen importancia. 
  • Nos parece que todos los objetos, aún los satélites artificiales están en la esfera celeste. 
    Siguiendo esta consideración se diseñan planetarios y se definen los sistema de coordenadas 

Todas las estrellas tienen movimiento propio (no están fijas a la esfera celeste).
Sin embargo, este movimiento, visto desde la Tierra, es muy pequeño y por eso hablamos de
estrellas fijas, girando con la esfera celeste.
No es necesario para el astrónomo aficionado, hacer correcciones en la posición de los astros, al menos para un período corto.
La esfera celeste gira uniformemente en torno a un eje que es el mismo eje de rotación de la Tierra. Pero como esta gira de Oeste a Este (sentido antihorario), la esfera celeste gira de Este a Oeste (sentido horario).
La extensión del eje de rotación de la Tierra intercepta la esfera celeste en dos puntos, el polo norte celeste, muy cerca de la estrella
Polaris (https://en.wikipedia.org/wiki/Polaris) y el polo sur celeste.
A la mitad entre los polos está el
ecuador celeste (https://en.wikipedia.org/wiki/Celestial_equator), justamente encima del ecuador terrestre.

Rotación de la esfera celeste
La esfera celeste gira en torno a la Tierra diariamente, lo cual se comprueba fácilmente observando durante una noche el desplazamiento de una determinada estrella.
Pero también gira anualmente, lo que puede verificarse de varias maneras. La más simple consiste en registrar la altitud de una determinada estrella, por ejemplo, cada 15 días a la misma hora. Estos dos movimientos de la esfera celeste son la consecuencia aparente del movimiento de rotación
(https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_rotation) de la Tierra en torno a su eje y del movimiento de revolución 
alrededor del Sol.

 Un observador cuidadoso descubrirá rápidamente que debido al movimiento de revolución de la Tierra: 

  • La esfera celeste gira alrededor de un grado por día (360°/365 días).

La observación durante una noche le permitirá concluir que debido al movimiento de rotación de la Tierra:

  • La esfera celeste gira quince grados por hora (360°/24 horas).

Al combinar el efecto de los movimientos de rotación y de revolución se puede establecer una regla práctica útil para quien observa el cielo: 

  • Una estrella sale (o se oculta) por el horizonte, una hora más temprano cada quince días. ¡Cuatro minutos, cada día!

¿Cuánto cielo se puede observar en una noche de observación?
Depende de la latitud del observador y desde luego de la fecha, pues hay una buena diferencia entre el número de horas de oscuridad entre un día cercano al solsticio del Norte (junio en el hemisferio norte) y un día cercano al solsticio del Sur (diciembre el hemisferio norte).
Además, debe tomar en cuenta el período entre el final del
crepúsculo astronómico
vespertino (https://en.wikipedia.org/wiki/Twilight), cuando el Sol está a 18° bajo el horizonte y el inicio del crepúsculo astronómico matutino; digamos que entre las 19:30 horas y las 4:30 de la mañana, unas nueve horas.
Con cielo claro y un horizonte plano y despejado, tenemos a disposición unos 180° en cualquier momento.
Si a esto se le agrega el resultado de esas 9 horas de rotación de la esfera celeste, que equivalen a otros 135°, podemos afirmar que en condiciones ideales ese observador podría tener a su disposición unos 7/8 de la esfera celeste en una noche perfecta.

Observando desde el polo norte
Desde allí solo se pueden ver los astros que están en el hemisferio norte de la esfera celeste. Polaris estaría en el cenit (el punto sobre la cabeza del observador, a una altitud de 90° sobre el horizonte).

  • Las estrella del hemisferio norte no se ocultaría, todas se mantendrían girando circumpolares, cada cual a una altitud fija sobre el horizonte. 
  • Podría perfectamente usar algunas de las líneas imaginarias entre estrellas de las constelaciones boreales, como un gran reloj sideral.
  • En el día del equinoccio el Sol estará en el horizonte como en un  indeciso amanecer (o atardecer) de 24 horas.
  • Más interesante aún, cuando el Sol tenga la declinación apropiada (Norte o Sur según el hemisferio), durante la primavera y el verano, se mantendrá sobre el horizonte (a no más de 23,5° de altura), en un pálido día de unos seis meses. 
  • Por el contrario, en otoño e invierno, el Sol nunca se elevará sobre el horizonte, como en una larga noche de seis meses.
  • La observación desde el polo sur es análoga.

Observando desde el ecuador

Tendrá siempre el ecuador celeste sobre su cenit y verá la constelación ecuatorial Orión durante una buena parte del año, lo mismo que Ursa Mayor y el Triángulo Austral.
Polaris estaría en el horizonte, coincidiendo con el norte geográfico y todo el cielo estaría disponible cada 24 horas. Sólo tendría que esperar la noche apropiada para observar la Galaxia de Andrómeda o las Nubes de Magallanes.
Durante los equinoccios el Sol pasará a medio día por el cenit.

Observando desde latitud 10° Norte (¡Costa Rica!)

  • La altitud del polo celeste (o de a estrella polar) sobre el horizonte es exactamente el mismo número de grados que la latitud del observador.

Esto puede demostrarse fácilmente con  geometría elemental. También puede medirse la altitud de Polaris usando un transportador con un visor (un angosto tubito) y una plomada.
Para este observador
, la estrella Polaris no 
fácil de visualizarn algunas veces; por su poca luminosidad (magnitud 1,99) y también porque su altitud es justamente 10°, apenas encima de las montañas y tal vez metida entre las nubes bajas.
Es por tanto valioso conocer métodos indirectos para identificarla; por medio de las indicadoras del gran sartén  en Ursa Major (https://en.wikipedia.org/wiki/Ursa_Major), o por medio del cuadrilátero de Cassiopeia (https://en.wikipedia.org/wiki/Cassiopeia_%28constellation%29).
Desde Costa Rica no vemos nunca el Polo Sur, pero tenemos la oportunidad de observar, en algún momento, astros con una declinación (https://en.wikipedia.org/wiki/Declination) entre +90° (noventa grados norte) y -80° (ochenta grados sur), unos 17/18 del cielo.

La Eclíptica
La órbita de la Tierra en torno al Sol se denominada la eclíptica (https://en.wikipedia.org/wiki/Ecliptic). Al proyectarse sobre la esfera celeste, no coincide con el ecuador celeste.
Estos dos círculos imaginarios se interceptan en dos puntos denominados equinoccios.
Un observador que mira hacia el Sol (¡cuidado!), verá que este se mueve sobre la eclíptica en un año.

La palabra eclíptica viene de eclipse, ya que tanto los eclipses de Sol como los de Luna, ocurren a lo largo de ella, cuando las condiciones son favorables.
Todos los fenómenos relacionados con los planetas del Sistema Solar (
conjunciones, ocultaciones, oposiciones, etc.) ocurren en una banda de unos 8° a ambos lados de la eclíptica, por lo que conocer su trayectoria, o al menos las trece constelaciones por las que pasa, es de suma importancia.

La eclíptica es la línea central del
zodiaco. (http://dionysia.org/astrology/sun-signs.html). 
  • El Sol cruza el ecuador de Sur a Norte alrededor del 21 de marzo de cada año.
  • El cruce de  Norte a Sur ocurre alrededor del 21 de setiembre.
  • El ángulo entre la eclíptica y el ecuador para estas dos fechas es 23,5°.
  • En los solsticios, cuando el  Sol tiene declinación 23,5°, la eclíptica es paralela al ecuador.

Altitud y azimut

  • El cenit es el punto en la esfera celeste que está verticalmente sobre la cabeza del observador. El nadir es el punto opuesto.
  • El horizonte es el círculo máximo sobre la esfera celeste, que está entre el cenit y el nadir.
    Este es el
    horizonte astronómico, que está centrado cada observador en un plano tangente a la Tierra. Es diferente del horizonte visible (el contorno irregular de las montañas donde se juntan la Tierra y el cielo).
  • El meridiano del observador es el círculo máximo en la  esfera celeste, que pasa por los dos polos celestes y el cenit. El meridiano siempre encuentra al horizonte en el punto norte y en el punto sur.
  • Sobre el meridiano los astros alcanzan  su punto más alto, denominado culminación superior.
  • Cuando el sol cruza el meridiano es el mediodía solar local (¡en promedio, las 11:36 en Costa Rica!)

En el sistema de coordenadas horizontales, la posición de una estrella se da en términos de la altitud (h), que es la distancia angular de ésta sobre el horizonte, y el azimut (A), medido hacia el Este a lo largo del horizonte y a partir del punto norte (A = 0°).
La altitud se mide de 0 a  90°, tomándose negativa si el astro está bajo el horizonte. El azimut se mide de 0 a 360°.
El ecuador celeste encuentra al horizonte en los puntos Este (A= 90°) y Oeste (A= 180°) del observador.
La altitud y el azimut de un astro varían constantemente, debido a la rotación de la esfera celeste. Sin embargo, la inclinación del ecuador celeste con respecto al horizonte es constante (unos 80° para Costa Rica). 


Constelaciones
De una manera similar a como la Tierra está dividida en países, con fronteras arbitrarias más o menos estables, la esfera celeste se ha dividido en ochenta y ocho regiones cuidadosamente demarcadas por meridianos y paralelos, cada una de las cuales constituye una constelación (https://en.wikipedia.org/wiki/Constellation).

Una constelación es simplemente una ventana delimitada (¡arbitrariamente!), desde la cual podemos ver una parte del universo. 

Las constelaciones no son entes físicos, son divisiones imaginarias, con fines de clasificación y observación.
En las constelaciones podemos encontrar estrellas de todo tipo, dobles, triples y múltiples, enanas, gigantes y supergigantes, asociaciones estelares, cúmulos globulares y abiertos, nebulosas, galaxias, pulsares, quásares, fugaces meteoros, errantes cometas, asteroides, y desde luego planetas en las constelaciones por donde pasa la eclíptica.

  • Cualquier objeto en el cielo, en un momento dado, está en una y solo una constelación.
Los nombres de las constelaciones han sido establecidos arbitrariamente, atendiendo a consideraciones mitológicas, folklóricas y a uno que otro aspecto relacionado con exploraciones, descubrimientos, objetos y animales.
No es requisito para ser un buen astrónomo el tener que reconocer en el cielo, alguna forma relacionada con el nombre de la constelación. Lo importante es saber usar inteligentemente la información proporcionada en diagramas y mapas, para ubicar el objeto que deseamos observar.


Los
asterismos (grupo de estrellas de una constelación, unidos por líneas imaginarias) son útiles para reconocer rápidamente las partes más notables (más visibles) de una constelación, y de allí proceder a la observación del objeto de interés.
Por eso memorizamos
"el gran sartén" en UrsaMajor, "la cafetera" en Sagittarius, "el gran cuadrado en Pegasus", "el arado" en Orion, el delineado "escorpión" para la constelación Scorpius, o "el signo de pregunta" para Leo.

Los asterismos pueden ser muy personales y creativos, mientras le funcionen a quien los usa. Para mí y un grupo de amigos siempre ha dado buenos resultados identificar
 una parte del jarrón en Aquarius, con el símbolo distintivo de los autos "Mercedes-Benz", o la cabeza del dragón en la constelación Draco con un simple "el matamoscas".
Las constelaciones tienen diferente tamaño, las tres más grandes son Hydra (1302,8 grados2), Virgo (1294,4 grados2) y Ursa Major (1279,7 grados2). Las tres más pequeñas son Sagitta (79,9 grados2), Equuleus (71,6 grados2) y Crux (68,4 grados2).
En este sitio de la Unión Astronómica Internacional (http://www.iau.org/public/themes/constellations/), encuentra los mapas de las 88 constelaciones.