Estaciones del año: un baile entre la Tierra y el Sol

Ha llegado el invierno y muchos esperan las lluvias y bajas temperaturas, pero, ¿por qué ocurre esto? ¿Qué hace que cada año en estos meses sintamos frío, los días duren menos y las noches más?. Bueno, acá te explicamos el origen de las estaciones del año.

Cada tres meses vemos noticias como: “llegó el invierno”, “comenzó la primavera”, u otras similares. Por elemental que parezca, nos parece apropiado recordar cuáles son los factores que controlan lo que conocemos como estaciones del año.

El origen de esto tiene componentes astronómicos relacionados con la posición de la Tierra respecto al Sol, tanto por su cercanía como por su orientación, lo que incide finalmente en los cambios en la cantidad de energía que la Tierra recibe. Así que prepárate para salir de la atmósfera terrestre porque en este artículo estaremos, literalmente, en el espacio exterior.

Un problema de cercanía

El primer factor que controla las estaciones del año tiene relación con el hecho de que la Tierra orbita alrededor del Sol; movimiento conocido como traslación terrestre.

La Tierra demora 365 días en completar una órbita completa (en realidad un poco más) y es el origen de nuestro año en el calendario. Pero esta órbita no es completamente circular, sino que es elíptica*, lo que genera una “pequeña” diferencia de unos 5 millones de kilómetros entre el punto más lejano al Sol (a 158 millones de kilómetros) y el más cercano (a 153 millones de kilómetros); eventos conocidos como Afelio y Perihelio, respectivamente.

Es tentador relacionar este factor con la diferencia que observamos entre invierno y verano, como si las estaciones del año fuesen consecuencia exclusiva de nuestra cercanía o lejanía al Sol. Pero no es así. Si bien, es cierto que la radiación solar que recibe la Tierra depende de la distancia al Sol y, por lo tanto, es mayor la radiación que se recibe en el perihelio y menor en el afelio, la diferencia no es mayor a un 3%. Esta pequeña diferencia en la radiación recibida no logra explicar del todo los cambios que observamos entre invierno y verano en nuestro planeta, tanto en luminosidad como en temperaturas. Debe haber algo más que influya en la radiación que recibe el planeta.

Por otra parte, si el invierno y verano estuviesen controlados sólo por la cercanía al Sol, sería invierno o verano en todo el mundo simultáneamente, cosa que no es así. Sabemos que cuando en el Hemisferio Norte están en invierno, nosotros acá en el Hemisferio Sur estamos en verano y viceversa. Definitivamente falta algo.

*El grado de cercanía que tiene la órbita terrestre con una circunferencia perfecta se denomina excentricidad. Una excentricidad igual a cero quiere decir que la órbita es completamente circular. Este valor ha cambiado a lo largo de la historia del planeta, en algunos momentos -hace millones de años atrás- estuvimos mucho más alejados que ahora de una circunferencia perfecta, provocando intensos cambios en el clima del planeta.

 

Por no caminar derecho

Mi abuelita me decía – si no caminas derecho te va a salir una joroba -. Bueno, la Tierra “no camina” derecha, y aunque no le ha salido una joroba (hasta donde sepamos), su postura inclinada tiene muchas consecuencias. Esta inclinación terrestre es más importante para definir las estaciones del año que las diferencias entre el punto más cercano y el más lejano respecto al Sol. 

Figura 1: Esquema de la inclinación terrestre.

La Tierra rota en torno a un eje que pasa por los polos. Lo que da origen a muchos de los movimientos en la atmósfera. Este eje no es recto, tiene una inclinación… es decir, la Tierra rota en el espacio ligeramente “de lado”. El ángulo de inclinación es 23.5°, y aunque este ángulo pueda parecer pequeño, es suficiente para provocar que la cantidad de radiación recibida sea mayor o menor dependiendo de cómo esté orientado este eje respecto al Sol.

Para ver el efecto que esta inclinación tiene en la radiación que el planeta recibe y, por lo tanto, en la temperatura promedio del planeta, debemos combinar el hecho de que la tierra rota inclinada con que se traslada alrededor del Sol. En la figura 2, entonces, se esquematizan los cuatro momentos más importantes de la traslación de la Tierra respecto al Sol, las famosas estaciones del año.

Figura 2: Esquema de las estaciones del año, posición de la Tierra con respecto al Sol y el efecto de la inclinación terrestre.

Partamos con el primero del año (para nosotros en el hemisferio sur), el equinoccio de otoño. Durante marzo (entre los días 21-22) los rayos del Sol impactan de manera homogénea ambos hemisferios del planeta haciendo que la radiación y luminosidad es similar a ambos lados del Ecuador. En este caso los rayos solares están llegando con mayor intensidad a la línea del ecuador.

Como a medida que la Tierra se traslada alrededor del Sol el eje inclinado se mantiene apuntando en la misma dirección, durante los meses de invierno los rayos impactarán en mayor proporción al hemisferio norte, directamente al Trópico de Cáncer entre el 21 y 22 de junio, situación conocida por nosotros como solsticio de invierno, donde recibimos menos calor y luz del Sol en el hemisferio sur. Este es el momento del año en que los días serán más cortos y fríos.

En septiembre, tenemos la otra parada, conocida como equinoccio de primavera (entre los días 21-22). En esta ocasión la radiación solar nuevamente impacta de manera uniforme a ambos hemisferios de la Tierra, por lo que no se genera una diferencia entre los hemisferios. Es otra estación de transición, al igual que el equinoccio de otoño, en que los días tienen la misma duración que las noches tanto en el hemisferio norte como en el hemisferio sur.

Por último, entre el 21-22 de diciembre los rayos del sol llegan de manera directa al hemisferio sur, en el Trópico de Capricornio, situación conocida como solsticio de verano. Esto genera que en el hemisferio sur la cantidad de radiación sea mayor y que los días sean más largos.

Cambia, todo cambia

Si pensamos en los impactos que estos factores astronómicos tienen sobre el clima del planeta, van mucho más allá de “sentir” más o menos calor en distintos meses del año. Aunque es interesante que mientras más lejos estemos de la línea del ecuador, mayor será la diferencia entre invierno y verano. Por ejemplo, en las zonas polares durante el verano los días se alargan al punto de que la noche es casi inexistente.

Esto provoca que muchas variables meteorológicas que monitoreamos constantemente presenten importantes cambios a lo largo del año. Efecto que reconocemos como ciclo anual. Si bien el ciclo anual representa bien los cambios producidos por los factores astronómicos de los que hemos hablado, es cierto también que eso no significa que todos los años sean iguales.

La figura 3 muestra un ejemplo de este ciclo anual, en este caso, en la cobertura de hielo marino alrededor de la Antártica. Existe una gran diferencia en la cantidad de hielo que flota alrededor de la Antártica entre invierno y verano. Como dijimos anteriormente, los cambios en los polos son muy grandes. Tanta es la diferencia entre invierno y verano, que la cantidad de hielo aumenta mucho en invierno y casi que se reduce por completo durante el verano.

Figura 3: Extensión del hielo marino en Antártica. Imagen adaptada de NASA Earth Observatory.

Este es sólo uno de los muchos ejemplos que hay de los cambios provocados por la inclinación y traslación terrestre. Otras variables también presentan un marcado ciclo anual, como la vegetación, cobertura nival en las montañas, precipitación, temperatura, entre otros.

Quizás este artículo nos hará sentir más pequeños, y tal vez -sólo tal vez- la próxima vez que estés sintiendo mucho frío en el invierno o mucho calor en verano te preguntes dónde estamos en el sistema solar con respecto al Sol. 

Escrito por: Ricardo Vásquez y Diego Campos. Editado por:  Diego Campos. Periodista: Paz Galindo. Figuras: Francisca Rubina