Juan Miguel González Mármol presenta astroyciencia.com: Astronomía y ciencia.






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Vista de Neptuno
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Concurso para poner nombre a un satélite
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Experimento de astronomía 7: Comprender los colores del cielo y del Sol

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Publicado por Juan Miguel


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Si de noche sólo el brillo de las estrellas y el claro de la Luna iluminan la bóveda celeste, tan pronto como el Sol se acerca al horizonte, el cielo comienza a teñirse de rojo; su color irá cambiando hasta el crepúsculo. El Sol, blanco en su cenit, se vuelve rojo a la caída de la tarde. Un sencillo experimento puede orientarnos sobre el origen de los colores del cielo y del Sol.

Material

– Recipiente transparente (acuario pequeño)
– Linterna de bolsillo
– Leche en polvo
– Cuchara de café
– Copita de anís (25 cl)

Experimento para recrear los colores del cielo

Experimento

– Llena de agua un recipiente rectangular de paredes transparentes; echa un poco de leche en polvo y revuelve.
– Coloca una linterna de bolsillo encendida junto a uno de los lados del recipiente para representar el Sol (fig. 1)
– Observa de frente la luz de la linterna. A continuación, mira el líquido desde uno de los lados.
– Repite varias veces las observaciones, añadiendo en cada experimento un poco más de leche en polvo. En total, para un recipiente de un litro bastará con una cucharada de leche en polvo (vierte unas 5-6 veces sucesivamente).

Resultados

Con un poco de leche en polvo vertida, la luz de la linterna, observada a través del líquido, aparece amarilla. En cambio, observado de lado el recipiente refleja una luz azul (fig. 2a). Si aumentamos progresivamente la cantidad de leche en polvo, el líquido se vuelve más blanco hasta que la luz de la linterna cambia a rojo oscuro al final del experimento (fig. 2b). La leche en polvo puede resultar algo delicada en su utilización, por lo que será más provechoso reemplazarla por algunas gotas de anís. Con apenas dos cucharadas en un gran vaso de agua iluminado por la linterna, la mezcla se tornará azulada. Con seis cucharadas, la luz de la linterna observada a través del vaso aparecerá completamente roja, como un sol poniente.

Recrear los colores del cielo - Figura 2a y 2b

Interpretación

El sol a través de la atmósfera a distintas horasLa luz blanca del Sol es una mezcla de todos los colores del arco iris, del azul al rojo. Para llegar hasta nosotros debe atravesar la atmósfera terrestre que, al igual que la mezcla agua-leche o agua-anís, está constituida por una infinidad de pequeñas partículas (átomos, moléculas). En el aire hay gases (nitrógeno, oxígeno principalmente, vapor de agua) pero también gotitas de agua, partículas de polvo (polen, escorias), etc. Las partículas más pequeñas (átomos y moléculas) dispersan o difunden la luz en todas las direcciones, siendo el color azul el predominante. En pleno día la luz que nos llega directamente del Sol tiene poca atmósfera que atravesar y entonces se nos muestra blanco; en cambio, la atmósfera, iluminada por el Sol, difunde un color azul (fig. 3).
Cuando el Sol se pone, su luz atraviesa una gran capa de atmósfera. El azul sigue siendo el color predominante, aunque también aparecen el verde, el amarillo… A medida que el Sol se va poniendo, el azul, el verde y, después, el amarillo y el naranja serán difundidos en todas direcciones. Al igual que la atmósfera de alrededor, el Sol irá pasando del blanco al amarillo, después al naranja y, finalmente, al rojo (fig. 4).
También puede producirse otro fenómeno que no se aprecia en el experimento llevado a cabo: las partículas más gruesas del aire también reflejan la luz. Pero en este caso todos los colores se difunden en la misma proporción, por lo que dichas partículas tienden a volver el cielo más bien blanco. Esta es la razón de que las nubes, que contienen gotitas de agua y cristales de hielo, sean blancas.

Tonalidades del cielo

Experimento de astronomía 6: Encontrar el sur con un reloj

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Publicado por Juan Miguel


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Comprender el recorrido del Sol en el cielo permite las aplicaciones más inesperadas. En efecto, si la brújula resulta de gran utilidad para encontrar el norte, a veces un reloj es suficiente para no perder el sur.

Fundamento

Si nos encontramos cerca del polo Norte geográfico, localizarlo con una brújula no resultará de ninguna utilidad. Ésta nos indicará el polo Norte magnético, que no se encuentra en el mismo lugar que el polo Norte geográfico. Para guiarnos, el GPS (Sistema de Posicionamiento Global) puede paliar esta deficiencia. Jean-Louis Étienne, que alcanzó a pie el polo Norte en 1986, utilizó una técnica más sencilla con notables resultados. Para comprenderla, imaginemos que nos encontramos en el polo Norte. Entre el 20 de marzo y el 23 de septiembre, vemos al Sol describir un círculo concéntrico Sol entre el 20 de Marzo y 23 de Septiembrepor encima del horizonte (fig. 1); en el curso de este largo día de 6 meses, el Sol varía en 24 horas su dirección pero conserva prácticamente la misma altura. Así, en 24 horas, parece recorrer 360º; por tanto, en una hora son 360°/24 = l5°. Como no podemos hablar de orientación en el polo Norte, imaginemos que nos hemos desviado ligeramente del polo y así podremos hablar de norte y sur. Con un reloj ajustado a la hora solar y diseñado con un formato de 24 horas cuya manecilla da una vuelta al cuadrante cada 24 horas, es decir, 15° por hora, bastará con apuntar hacia el Sol con dicha manecilla: el sur estará en la dirección de las 12 horas (fig. 2). Esta técnica puede ser adaptada a los relojes más corrientes con un cuadrante de formato de 12 h.

Localizar el Sur con la manecilla pequeña de un reloj

Material

– Reloj con manecillas
– Brújula

Experimento

– Lo primero que tienes que hacer es ajustar tu reloj a la hora solar.
– Apunta hacia el Sol con la manecilla pequeña.
– La dirección «Sur» se sitúa a medio camino entre el valor 12 horas y la manecilla pequeña del reloj. Comprueba esta dirección con una brújula.

Orientar reloj

Interpretación

La manecilla pequeña del reloj va dos veces más rápido que el Sol puesto que completa una vuelta al cuadrante cada 12 horas: en una hora habrá girado 30° sobre su eje.
A las 13 h, la manecilla ha girado 30° y el Sol sólo 15° (fig. 4b); el sur sigue en el mediodía. Si hacemos coincidir la dirección de las 13 h (manecilla pequeña) con la dirección del Sol (el reloj gira 15°), el sur está a medio camino entre las 12 h y las 13 h, es decir, en la dirección de la bisectriz del ángulo AôB (fig. 4c).
Este razonamiento puede aplicarse a cualquier hora. Este método permite localiza aproximadamente el sur, pero no es muy preciso, como queda demostrado si lo comprobamos con una brújula. En efecto, el reloj nunca esta inclinado como debería, es decir, paralelamente al plano del ecuador.

Localizar el Sur con las manecillas del Reloj

Fig. 4. a. AI mediodía, el Sol está al sur, si apuntamos hacia él con la manecilla pequeña, ésta indicará la dirección del sur. b. Una hora después, el Sol ha girado 15°. c. Si señalamos la manecilla pequeña hacia el Sol, el sur queda en la dirección de la bisectriz del ángulo 12 h-13 h, o ángulo AÔB.

Experimento de astronomía 5: Fotografiar el movimiento aparente del cielo

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El movimiento aparente del cielo que hemos observado en el experimento 4 puede ser fotografiado fácilmente con resultados siempre interesantes.

Fundamento

Fotografiar el cielo requiere algo de material y algunas precauciones. Los aparatos argénticos más recientes utilizan la mayoría de ellos la pila que llevan incorporada para poner en marcha el obturador, pero se corre el riesgo de que se descargue totalmente con una hora de exposición. Para saber si le sucede esto a vuestro aparato, es necesario quitar la pila y probar la exposición de tipo B. Es posible encontrar también aparatos reflex de suficiente calidad muy baratos, por algunas decenas de euros. Finalmente, algunos aparatos numéricos permiten también realizar exposiciones largas.

Material

– Trípode
– Disparador flexible con bloqueo
– Cámara de fotos argénica o numérica con exposición de tipo B

Cámara argénica para fotografiar el cielo

Experimento

– Monta el trípode y acopla el aparato con el disparador flexible. A continuación, enfoca por ejemplo en dirección norte, hacia la Estrella Polar.
– Retira el ocultador y ajusta la nitidez hasta el infinito. Generalmente, se elige la abertura máxima, pero si cierras uno o dos diafragmas, aumenta la calidad óptica.
– Dispara y anota la hora exacta de comienzo de la exposición. No debes de olvidar bloquear el disparador flexible.
– Durante toda la exposición cuida de que no haya ninguna luz encendida. Puedes utilizar una luz roja para mirar la hora de vez en cuando.
– Vuelve a cerrar el obturador pasada una media hora, una hora o más.

Click para ampliar
Fotografiando el cielo nocturno con diferentes tiempos de exposición

Resultados

En una hora, todas las estrellas se han desplazado girando alrededor de la Polar y han trazado varios arcos de círculo en la fotografía (fig. 2). Podemos aprovechar para reconocer las constelaciones aquí visibles: colocamos un papel de calco sobre la foto y señalamos la posición de las estrellas más brillantes al comienzo de la exposición.
Deberíamos ver aparecer un cazo al revés (arriba a la derecha). Partiendo de la Osa Mayor, podemos localizar la Estrella Polar (¿como localizarla?) y comprobar que efectivamente se trata de la estrella fija.
En la fotografía 3 se ha depositado vaho en el objetivo durante la exposición. Al principio las estrellas aparecían nítidas, después se han vuelto borrosas y menos luminosas. Esto nos permite comprobar que las estrellas giran alrededor de la Estrella Polar en sentido contrario a las agujas del reloj. Para evitar este problema, podemos colocar un papel secante alrededor del objetivo evitando que se vea en la foto.
En una fotografía de una hora de exposición (fig. 4) podemos ver los colores de las estrellas. Para lograrlo, hay que diafragmar ligeramente el objetivo con el fin de evitar saturar la película. Es posible reconocer la constelación de Casiopea arriba a la izquierda y la de Andromeda abajo.
En una fotografía de 10 horas de exposición (fig. 5), las estrellas están cerca de completar media vuelta alrededor de la Polar.
Pero el fondo de cielo es claro. Podríamos conseguir una vuelta completa si fuéramos al polo Norte durante la noche polar y realizáramos una exposición de 24 horas.

Experimento de astronomía 4: Medir la rotación de las estrellas

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Si el cielo ya no es un misterio; encontramos sin problemas la Osa Mayor, la Estrella Polar, y también algunas de las constelaciones más visibles. Con estos puntos de referencia podremos observar con más provecho la bóveda celeste y su movimiento aparente.

Observación

– Escoge, en una noche de verano, un lugar de observación alejado, si es posible, de cualquier zona alumbrada.
Localiza la constelación de Casiopea, al noreste, la Estrella Polar, en dirección norte, y las constelaciones de Escorpión y Sagitario en el horizonte sur. Si el horizonte está despejado, la constelación de Pegaso quedará al este y la del Boyero más o menos en el horizonte oeste, dependiendo de la fecha y de la hora (estas localizaciones son válidas sólo en verano).
– Identifica estas constelaciones y estrellas con relación a cualquier elemento que destaque en el paisaje: un árbol, una casa o una colina.
– Espera una hora y localiza de nuevo las mismas constelaciones. Tomando como referencia el elemento que hayas escogido del paisaje, compara las actuales posiciones con las anteriores. Puedes completar este experimento con una toma fotográfica con un tiempo de exposición de una hora.
– Prosigue con la observación durante toda la noche…

Resultados

En una noche de verano el cielo ha cambiado: las estrellas han girado. El Boyero se ha ocultado debajo del horizonte oeste, Pegaso ha aparecido por el este, y también Escorpión ha girado un poco (estas localizaciones sólo son válidas en verano). Este movimiento es aplicable a todas las estrellas, salvo a la Polar, que no ha variado su posición.

Movimiento aparente alrededor de la Estrella PolarLas demás estrellas parecen girar alrededor de ella, en sentido contrario al de las agujas de un reloj: es lo que se llama sentido directo (imagen 1). Vemos estrellas que amanecen por el este, otras que se acuestan por el oeste. Sólo algunas constelaciones visualmente cercanas a la Estrella Polar (como por ejemplo Casiopea, la Osa Mayor o la Osa Menor) permanecen siempre por encima del horizonte. Reciben el nombre de circumpolares.
Además, si queremos determinar el ángulo con que parece haber girado el cielo, nos bastan dos fotografías tomadas con una hora de intervalo (como vemos en las imágenes de abajo) y un papel de calcar. Si calcamos la Osa Mayor (arriba a la izquierda) y la Estrella Polar de la fotografía de la izquierda e intentamos poner el calco sobre la fotografía de la derecha, comprobamos que debemos
girarlo l5°.

Fotografía del cielo nocturno con un intervalo de 1 hora 1/2 Fotografía del cielo nocturno con un intervalo de 1 hora 1/2

Interpretación

EI cielo entero parece girar alrededor de la Estrella Polar en sentido contrario al de las agujas de un reloj unos 15° aproximadamente en una hora y 360°, por tanto un giro completo, en 24 horas. Es decir, que 24 horas más tarde, las estrellas volverán a estar en el mismo sitio. En realidad, se desplazan ligeramente cada noche. Por esta razón, no observamos el mismo cielo en invierno y en verano.

Dos modelos permiten explicar estas observaciones (imagen 3). Durante mucho tiempo, el hombre pensó que la Tierra era fija y que el primer modelo era el bueno. Después los astrónomos comprendieron que el segundo modelo era mucho mas sencillo: en efecto, es más fácil que la Tierra gire sobre sí misma que no miles de estrellas alrededor de ella.

circumpolares
El cielo gira alrededor de la Tierra en 24 horas. La Estrella polar está situada sobre el eje del cielo.

circumpolares
La Tierra gira sobre si misma en 24 horas. La Estrella Polar está situada en la prolongación del eje de la Tierra.

Experimento de astronomía 3: Crear un compás astronómico

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Los mapas del cielo indican las posiciones de las constelaciones con respecto a otras, pero no incluyen escala. Si queremos orientarnos en la bóveda celeste, es necesario además conocer la distancia entre las constelaciones vistas por un observador terrestre y saber situar y medir un ángulo en el cielo.

Fundamento

Para medir los ángulos en el cielo el método más simple consiste en utilizar nuestras manos (imagen 1). Con el brazo extendido delante de nosotros, una mano abierta corresponde aproximadamente a 20°, el puño cerrado a 1O°, el largo del pulgar a 2°.

Medir el cielo con las manos

Por ejemplo, partiendo de la Osa Mayor, podremos localizar con ayuda de este método las constelaciones de la imagen 2. Sin embargo, hay que tener en cuenta que en función de la hora y la fecha no son visibles todas las constelaciones. En nuestras latitudes, el período más favorable para observar Leo es entre febrero y junio, primavera y verano para ver Arturo, entre noviembre y mayo para Géminis, y entre junio y diciembre para el Triángulo de verano. La Osa Mayor y Casiopea están siempre visibles.
Pero este método no es muy preciso, puesto que el ángulo depende de la talla de la mano y del largo del brazo. El compás astronómico es mucho más exacto. Además, puede servir para dibujar una constelación o un grupo de constelaciones.

Clic para ampliar
Distancias angulares entre las constelaciones

Material

– Encuadernador
– Cartulina (20 cm X 10 cm)
– Tijeras
– Pegamento

Construcción

– Reproduce las dos tiras (1) en una hoja de cartón. Recórtalas y dobla por la línea de puntos.
– Perfora los dos orificios y une las dos tiras con un encuadernador (2). Puedes construir este compás astronómico también en madera, eliminando las dos tiras que hay que doblar.

Plantilla para construir un compás astronómico

Utilización

EI compás astronómico permite localizar con exactitud dos estrellas y determinar su distancia angular: por ejemplo, si localizamos Benetnash, en la Osa Mayor, y Arturo, en el Boyero, podemos comprobar con un transportador que el ancho del compás equivale a 30°, tal como indica la figura 2.
El compás astronómico permite también dibujar una constelación o un conjunto de estrellas. En este caso, medimos la distancia entre las distintas estrellas y la representamos e una hoja. En la imagen 3, podemos verla aplicación practica de este método referido al Triángulo de verano.
Sin embargo, dicho método sólo permite representar pequeñas partes del cielo, ya que por encima de éstas, las deformaciones entre la bóveda celeste esférica y la hoja de papel plano serían considerables.

Utilización del Compás astronómico

Imagen 3. Método para dibujar el Triángulo de verano con el compás astronómico. a. Medimos la distancia entre Deneb y Altair. b. En una hoja, trazamos dos estrellas a esta misma distancia. c. Medimos la distancia entre Vega y Altair. d. Partiendo de esta distancia, trazamos un arco de circunferencia cuyo centro sea Altair. e. Medimos la distancia entre Deneb y Vega. f. Partiendo de esta distancia, trazamos un arco de circunferencia cuyo centro sea Deneb: de este modo obtenemos la localización de Vega.

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