Cómo la inclinación de la Tierra provoca las estaciones

En el último video mencionamos que las estaciones del año no están causadas por la cercanía de la Tierra al Sol en su órbita. Y también insinuamos que en realidad las estaciones se deben a la inclinación de la Tierra. En este video, quiero mostrarte cómo la inclinación de la Tierra hace que ocurran las estaciones. Así que vamos a tratar de dibujar tantos diagramas como sea posible, porque al menos a mí me sirven para visualizar lo que está pasando. Primero imaginemos una vista desde arriba. Este es el Sol justo ahí. Y déjame dibujar la órbita de la Tierra. La órbita de la Tierra se parece a esto, voy a dibujarla casi, casi circular. Voy a dibujar la Tierra en diferentes puntos de su órbita, y voy a tratar de representar la inclinación de su eje de rotación. Obviamente, esto no está dibujado a escala. La Tierra está mucho más lejos del sol, y también es mucho más pequeña que el sol. Voy a dibujar la Tierra en ese punto y la Tierra estará inclinada en dirección opuesta al sol. Y la inclinación de la Tierra no cambia, en el transcurso de un año, es decir, si pensamos en períodos de tiempo relativamente pequeños, su inclinación no cambia con respecto a la dirección en la que apunta en el universo. Y hablaremos de eso en un segundo. Digamos que aquí estamos apuntando en dirección opuesta al sol. Así que apuntamos hacia arriba y hacia afuera de esta página. Si quisiera poner algo de perspectiva, en una flecha la dirección sería hacia arriba y hacia afuera de esta página. Esta es la dirección si salieras en línea recta directamente desde el Polo Norte, mientras que si fueras a salir directamente del Polo Sur irías por debajo del círculo. Es más, para que quede más claro, vamos dibujar la misma posición, pero desde una perspectiva horizontal a lo largo del plano de la órbita de la Tierra. Si lo estamos observando de forma horizontal desde esta dirección... Es decir, si lo miramos desde el costado, este es el Sol justo aquí, y esta es la Tierra en esa posición. Esta es la Tierra justo ahí. Si dibujara una flecha que apunta directamente desde el Polo Norte, se vería así. Esta flecha y esta flecha están saliendo directamente del Polo Norte. Así que cuando hablamos de la inclinación de la Tierra, estamos hablando de la inclinación de su eje orbital, es decir, este eje que pasa por el Polo Norte y por el Polo Sur. Está inclinado porque hay un ángulo entre este eje y un eje que podría estar a un ángulo de 90 grados, o perpendicular, al plano de su órbita. En comparación con una línea perpendicular imaginaria que va de arriba hacia abajo, en relación con el plano de la órbita, así es como medimos el ángulo de inclinación de la Tierra. Permítanme dibujar esto un poco más grande para que sea un poco más claro. Si estamos mirando desde un costado a lo largo del plano de la órbita y esta es la Tierra justo aquí, entonces su eje de rotación no es perpendicular al plano de la órbita. Es decir, así es como la Tierra orbitaría, o giraría si su eje fuera perpendicular. Sin embargo, el eje de rotación de la Tierra está en un cierto ángulo con respecto a esa vertical relativa al plano de su órbita, supongo que se podría decir así. Gira en un ángulo como este. Este es el Polo Norte. Este es el Polo Sur. Y entonces gira así. Y, en la actualidad, ese ángulo relativo a un eje imaginario vertical con respecto al plano orbital, este ángulo de aquí, para la Tierra es de 23,4 grados. Si hablamos de periodos de tiempo relativamente cortos, como nuestra vida, esta inclinación es constante. Pero en realidad está cambiando durante largos períodos de tiempo. Está cambiando entre… --y estos son números aproximados-- está cambiando entre 22,1 grados y 24,5 grados, si mis fuentes son correctas. Pero esto nos da una estimación aproximada de cuánto cambia esa inclinación. Pero quiero dejar claro que esto no está sucediendo de la noche a la mañana. El periodo para pasar de aproximadamente un ángulo de 22 grados a un ángulo de 24 grados y medio y volver a un ángulo de 22 grados es de 41,000 años. Este cambio a largo plazo en la inclinación podría tener algún efecto en algunos de los cambios climáticos a largo plazo. Tal vez podría contribuir, en algún nivel, a algunas de las edades de hielo que se han formado en el pasado de la Tierra. Pero para pensar en nuestras estaciones anuales no hay que preocuparse demasiado por esta variación, o no hay que preocuparse en absoluto por esta variación. Solo hay que saber que el eje de la Tierra está inclinado. Y ahora mismo está inclinado en un ángulo de 23,4 grados. Ahora bien, tal vez podrías decir: “ok, entiendo lo que es la inclinación, ¿pero qué efecto tiene eso en las estaciones del hemisferio norte o del hemisferio sur?”. Para explicar eso, imaginemos la Tierra cuando el hemisferio norte está inclinado en dirección opuesta al sol, y, por otra parte, cuando el eje está inclinado en dirección al sol. Pero recuerden, esta inclinación, es decir, la dirección a la que apunta esta flecha en relación con el resto del universo, si asumimos que esta inclinación es de 23,4%, no cambia a lo largo del año. Pero según dónde se encuentre la Tierra en su órbita, el eje se va a inclinar en dirección opuesta al sol, como en este ejemplo. O se inclinará en dirección al sol. Dibujaré ese caso en color magenta. Así que seis meses más tarde, cuando la Tierra está aquí, en relación con el resto del universo, tenemos una inclinación en esa misma dirección, hacia afuera de esta página y hacia la derecha. Al igual que aquí. Pero ahora que está al otro lado del sol, eso hace que se incline en dirección al sol. Si lo dibujara justo aquí, ahora el eje está inclinado hacia el sol. Muy bien, ahora quiero que pensemos en la cantidad de luz solar que recibirán las diferentes partes del planeta. Aunque me centraré en el hemisferio norte, se puede argumentar lo mismo para el hemisferio sur. Pensemos en la cantidad de luz solar que recibe el Hemisferio Norte cuando el eje está inclinado en dirección opuesta al Sol y también cuando el eje está inclinado hacia el sol. Así que pensemos en esas dos situaciones. En primer lugar, pensemos en esta situación en la que estamos inclinados en dirección opuesta al sol. Hagamos un dibujo más grande. Así que, si esta es la vertical, déjame dibujarla. En realidad podría usar este diagrama anterior. Pero vamos a hacerlo de nuevo. Si estamos inclinados en dirección opuesta al Sol de esta manera, entonces si hubiera una flecha imaginaria que sale directamente del Polo Norte, se vería así, y giramos de esta forma. Es decir, salimos de la página por el lado izquierdo, y luego ingresamos a la página por el lado derecho. Constantemente estamos girando hacia el este. Esta flecha apunta en dirección al este. Y déjame copiar y pegar este diagrama para utilizarlo de nuevo en las diferentes estaciones. Hagámoslo aquí para dos puntos distintos. Entonces, cuando estamos aquí en la órbita de la Tierra, ¿de dónde viene la luz del sol? Bueno, va a venir de la izquierda, al menos en la forma en la que he dibujado este diagrama. Así que la luz solar viene desde la izquierda… Y si piensas en ello, ¿qué parte de la Tierra recibe la luz solar? O, ¿qué parte de la Tierra está iluminada por la luz del día, tal y como lo he dibujado aquí? Bueno, la parte que está de cara al sol. Así que toda esta parte de aquí recibirá la luz del día. Al girar, cualquier parte de la superficie de la Tierra que entre en esta parte amarilla de aquí, recibirá la luz del día. Pero ahora pensemos en lo que ocurre en diferentes partes de la Tierra. Dibujemos el Ecuador, que separa los hemisferios norte y sur. Este es el Ecuador. Ahora vayamos al hemisferio norte. Y quiero mostrarte por qué, cuando el Polo Norte está apuntando en dirección opuesta al Sol, estamos en invierno. Si vamos al Círculo Polar Ártico... y colocamos algún punto allí, como la Tierra gira cada 24 horas, este punto en el globo solo girará de esta forma. Y entonces mi pregunta es, ¿al girar así, ese punto en el Círculo Polar Ártico verá alguna vez la luz del sol? Bueno, ¡no, nunca verá la luz del sol! Porque el Polo Norte está inclinado en dirección opuesta al sol. Por lo tanto, lo que estoy sombreando en color morado, esta parte de la Tierra, cuando está completamente inclinada en dirección opuesta al sol, nunca verá la luz del día. O al menos no verá la luz del Sol mientras esté inclinada así, mientras esté en esta posición, o en esta posición en la órbita. No debería decir “nunca” porque, cuando sea verano, sí verán la luz del día. Pero en invierno no hay luz del día en ese punto. Si vas a latitudes un poco más al sur, por ejemplo en un sitio por aquí, tal vez esa es la latitud de… no sé, Nueva York o San Francisco o algo así. Y pensemos en qué pasará a medida que la Tierra gira cada 24 horas. Entonces por aquí tenemos luz del día, luz del día, luz del día, luz del día, y después tenemos noche, noche, noche, noche, noche, noche, noche, noche. Estamos pasando por detrás del planeta, noche, noche, noche, noche, luz del día, luz del día, luz del día. Comparemos las dos situaciones. Voy a marcar la luz del día en naranja. Y luego la noche en este color azul violáceo. Por aquí tenemos la noche. Entonces las latitudes que están muy al norte, como el Círculo Polar Ártico, no reciben luz del día cuando el eje está inclinado en dirección opuesta al sol. Mientras que en las latitudes que están al norte, pero no tan al norte como el Círculo Polar Ártico, sí hay luz de día, pero reciben muchas menos hora de luz. Esos puntos pasan mucho menos tiempo en la luz del día que en la noche. Por lo tanto, si decimos que esta circunferencia representa las posiciones durante 24 horas, ese punto pasa mucho menos tiempo en la luz del día que en la noche. Así que, como el hemisferio norte está inclinado en dirección opuesta al sol, las latitudes del hemisferio norte reciben menos luz del día, y por lo tanto, también reciben menos energía del sol. Y eso es lo que nos lleva al invierno, o simplemente a que las temperaturas sean más frías. Y para ver lo que sucede en el verano vamos a ir al otro lado. Vamos al otro lado de nuestra órbita alrededor del sol. Esto va a ocurrir seis meses después. Y fíjate que la dirección real de la inclinación, en relación con el resto del universo, no ha cambiado. Seguimos apuntando en la misma dirección. Seguimos teniendo una inclinación de 23,4 grados en relación a un eje imaginario vertical. Pero ahora, una vez que estamos aquí, la luz del Sol va a venir de la derecha, justo así. Y ahora, en este diagrama al menos, este es el lado de la Tierra que va a recibir una mayor cantidad de luz del sol. Vamos a dibujar de nuevo el Ecuador en ese mismo color verde. El ecuador separa el hemisferio norte y el hemisferio sur. Y ahora pensemos qué pasa en el Círculo Polar Ártico. Digamos que estoy sentado aquí en el Círculo Polar Ártico. A medida que pasa el día, a medida que pasan las 24 horas, seguiré girando por aquí, pero observa que todo el tiempo estoy dentro de la zona donde llega la luz del sol. Nunca anochece, es decir, no hay noche en el Círculo Polar Ártico mientras tengamos esta inclinación en dirección al sol en este momento en el año. Y si vamos a una latitud, aún al norte, pero no tan lejos como el Círculo Polar Ártico, tal vez en San Francisco, Nueva York o algo así, podemos observar la cantidad de tiempo que pasamos con luz del día. Entramos por aquí, esto es justo el amanecer, y luego, a medida que avanza el día, tenemos luz del día, luz del día, luz del día, luz del día, luz del día, luz del día. Luego llegamos al atardecer. Y luego tenemos noche, noche, noche, y luego tenemos un nuevo amanecer. Así que, cuando observamos la cantidad de tiempo que pasa algún punto del hemisferio norte en la luz del día a comparación de la noche, podremos ver que pasa mucho más tiempo en la luz del día cuando el hemisferio norte está inclinado hacia el sol. Así tenemos días más largos, y noches más cortas. Y por lo tanto estamos recibiendo más energía del sol. Entonces cuando el Hemisferio Norte está inclinado hacia el sol recibe más energía. Por lo que las temperaturas serán, en general, más cálidas. Es decir, estamos hablando del verano en el hemisferio norte. Y se puede argumentar lo mismo para el hemisferio sur. Incluso podemos verlo por aquí. Cuando la inclinación en el Hemisferio Norte está en dirección opuesta al sol, el Hemisferio Sur está inclinado hacia el sol. Y, por lo tanto, el Polo Sur tendrá luz del día todo el tiempo y no habrá noche. Las latitudes del Hemisferio Sur estarán en verano. Mientras que será invierno en el Hemisferio Norte. Por acá abajo, podemos observar que el Hemisferio Sur está apuntando en dirección opuesta al sol. Así que tendremos invierno en el hemisferio sur. Y puede que digas: “¿por qué no has hablado mucho de la primavera y el otoño?”. Bueno, si hablamos del Hemisferio Norte, dijimos que justo aquí era invierno, ahora vamos a girar alrededor del sol hasta llegar por aquí. Y entonces, el eje de inclinación no está apuntando ni en dirección del Sol ni en la dirección opuesta al Sol en el Hemisferio Norte. Estamos apuntando hacia un lado en relación con la dirección del sol, pero esto no favorece a un hemisferio sobre el otro. Así que cuando estamos aquí, en la primavera, ambos hemisferios reciben la misma cantidad de luz solar, dicho de otra manera, para una latitud dada por encima o por debajo del ecuador, reciben la misma cantidad de luz solar. Y lo mismo ocurre aquí, si aquí es primavera en el hemisferio norte, aquí es verano en el hemisferio norte. Entonces ahora tendremos otoño en el hemisferio norte. Y una vez más, estamos inclinados en esta dirección. Así que el eje de inclinación no apunta ni en dirección del Sol ni en la dirección opuesta al Sol en el hemisferio norte, y por lo tanto ambos hemisferios van a recibir la misma cantidad de radiación solar. Así que los extremos solo se ven en los inviernos y los veranos. Ahora bien, una cosa que quiero aclarar es que comencé mi explicación de las estaciones con la duración del día y la noche, porque francamente, en mi cerebro, es un poco más fácil de visualizar. Sin embargo, eso por sí solo no explica toda la diferencia entre el verano y el invierno. Hay otras causas. Y la causa más importante de la diferencia entre el verano y el invierno es la cantidad total de luz solar. Si pesamos en la cantidad total de luz solar que llega a la Tierra, en cualquier momento, y recuerda que aquí estamos en el invierno del hemisferio norte; entonces podemos ver que hay mucha más luz que llega al hemisferio sur que la que llega al hemisferio norte. Todos estos rayos de aquí llegan al hemisferio sur. Es decir, la mayoría de los rayos de sol que llegan a la Tierra van al hemisferio sur. Y por ende, muy pocos rayos llegan al hemisferio norte. Así que, en realidad, tenemos una menor cantidad de radiación en el Hemisferio Norte, y no estamos hablando de la cantidad de tiempo que pasa un determinado lugar del Hemisferio Norte frente al sol. Más bien, lo que estamos diciendo es que, en cualquier momento dado del día, hay más energía solar que llega al hemisferio sur de la que llega al hemisferio norte. Y lo contrario también es cierto cuando la inclinación del eje apunta hacia el sol. En este caso, una cantidad desproporcionada de la energía del Sol llega ahora al hemisferio norte. Si piensas que esto es toda la energía del sol, la mayor parte de ella, todos estos rayos de aquí arriba, llegan al hemisferio norte. Y solo estos pocos de aquí abajo llegan al hemisferio sur. Y hay otro factor para considerar. Hay que tener en cuenta el ángulo real. Y por supuesto, esto hasta cierto punto se debe a dónde está el ángulo del Sol en relación con el horizonte, o donde te encuentras en la Tierra. Pero si pensamos que esta es la superficie de la Tierra, y que es invierno en el hemisferio norte, así que supongamos que estamos aquí arriba en esta latitud del norte, al observar al Sol por aquí podemos ver que, incluso cuando estamos más cerca del Sol, incluso en este punto, el Sol no está directamente encima de nosotros. Cuando estamos más cerca del sol, el Sol sigue estando bastante bajo en el horizonte. Así que cuando estamos más cerca del Sol en el invierno, el Sol puede estar justo aquí. Pero si miras a esa misma latitud en el verano, cuando estamos más cerca del sol, entonces el Sol está más cerca de estar directamente sobre nuestra cabeza. Igual no estará directamente sobre nuestra cabeza, porque estamos en una latitud bastante al norte, pero el Sol estará mucho más alto en el cielo. Y todo esto está relacionado entre sí. Está relacionado con la idea de que llega más energía a un hemisferio o al otro. Pero también, cuando tienes un ángulo más pronunciado entre los rayos del Sol y la superficie de la Tierra, en realidad la atmósfera va a disipar menos esos rayos. Y déjame ser claro en todo esto. En el verano... digamos que esta es la superficie de la Tierra. Y déjame dibujar la atmósfera en color blanco... así que toda esta área de aquí es la atmósfera. Y, obviamente, no hay un límite definido para la atmósfera. Pero digamos que esta es la parte más densa de la atmósfera. En verano, cuando el Sol está más alto en el cielo, los rayos del Sol tienen que atravesar menos cantidad de atmósfera, rebotan y calientan parte de esa atmósfera, no están tan disipados. Y son absorbidos antes de llegar al suelo. En el invierno, cuando el Sol está más bajo en el cielo. Déjame dibujarlo un poco. Cuando el Sol está más bajo en el cielo en relación a este punto, podemos ver que los rayos de luz solar tienen que viajar a través de mucha más atmósfera. Así que se disipan mucho más antes de llegar a este punto del planeta. En definitiva, es la inclinación del eje de la Tierra la que causa los cambios de estación. Pero los está causando por múltiples razones. Una de ellas es que cuando tenemos esta inclinación hacia el sol, tenemos más horas absolutas de luz del día. Pero no solo se obtienen más horas absolutas de luz del día, sino que en cualquier momento del día o la noche, la mayoría de los rayos solares que inciden en la Tierra lo hacen en el hemisferio norte en lugar del hemisferio sur. Y los rayos solares que inciden en los lugares que están verano tienen que atravesar menos atmósfera. Así que se disipan menos.