Planetas de Nuestro Sistema Solar. Los Movimientos Aparentes

INTRODUCCIÓN:

El movimiento aparente de los planetas de nuestro sistema solar es muy diferente del movimiento que podamos observar desde la Tierra en los demás objetos. De hecho, la palabra “planeta” tiene el significado de “errante”, de objeto sin dirección fija, de objeto que cambia de dirección frecuentemente. Sin embargo, los movimientos aparentes de los planetas, tanto interiores como exteriores a la orbita de la Tierra, tienen una explicación simple considerando sus órbitas keplerianas.

0. Los planetas interiores y los planetas exteriores:

Los planetas de nuestro sistema solar se mueven alrededor de la estrella siguiendo las órbitas keplerianas, esto es cumpliendo las leyes del movimiento:

1) Todos los planetas se mueven en orbitas elípticas, en uno de cuyos focos, el mismo para todos los planetas, se encuentra el Sol.

2) El radio vector del planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales.

3) Los cuadrados de los periodos sidéreos de revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas elípticas.

La Tierra se desplaza, por tanto, en una órbita elíptica alrededor del Sol, contenida en un plano, el plano de la eclíptica, que forma un ángulo de algo más de 23º con la dirección del eje de rotación del planeta.

Los restantes planetas del sistema solar se desplazan también siguiendo órbitas elípticas en planos cuya oblicuidad respecto del plano de la eclíptica es muy pequeña, salvo en el caso de Plutón:

Planeta	Oblicuidad de su Órbita con respecto a la Eclíptica
Mercurio	07.00º
Venus	03.40º
Marte	01.80º
Júpiter	01.30º
Saturno	02.50º
Urano	00.80º
Neptuno	01.80º
Plutón	17.20º

Los planetas, en lo que respecta a la observación de sus movimientos desde la Tierra, hemos de considerarlos, por la diferencia existente entre sus movimientos aparentes, divididos en dos grupos. A saber, los que están más próximos al Sol que nosotros (planetas interiores o inferiores) y los que están más alejados (planetas exteriores o superiores).

El movimiento aparente de los planetas interiores, Mercurio y Venus, tiene unas características propias que se visualizan desde la Tierra como si estos planetas oscilaran de uno a otro lado del Sol, como la pelota de un péndulo.

El movimiento aparente de los planetas exteriores, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón, es, sin embargo, diferente. Todos ellos, al cumplir las leyes de Kepler, tienen un movimiento más lento que el desplazamiento de nuestro planeta, por lo que, en determinadas posiciones, el movimiento de la Tierra sobrepasa la posición del planeta, dando la apariencia de que éste se desplaza en movimiento retrógrado durante un cierto tiempo, hasta que las velocidades se equilibran, y el planeta parece pararse reiniciando ahora el movimiento en sentido directo, por lo que, en definitiva, la trayectoria aparente a lo largo del año forma una especie de bucle sobre la bóveda estelar. 

1. El movimiento aparente de los planetas interiores. Oscilando bajo la luz del Sol:

Cuando al amanecer se observa aparecer el Sol antes de que aparezca el planeta, Mercurio o Venus, esto nos indica que está más al este, y, ese mismo día, a la puesta del Sol, se observará que el planeta se oculta después de ocultarse el Sol. Se dice, en este caso, que el planeta tiene elongación oriental.

Cuando al amanecer, por el contrario, se observa aparecer el planeta antes de que salga el Sol, esto nos indica que el planeta se encuentra más al oeste, y al atardecer de ese día se ocultará antes de que se oculte el Sol. Se dice que el planeta tiene elongación occidental.

La elongación máxima a alcanzar por cada uno de los dos planetas interiores es diferente, debido a que están físicamente a distancias diferentes del Sol. Para un observador desde la Tierra, las elongaciones máximas que se observan son:

Elongación máxima de Mercurio	18º a 28º
Elongación máxima de Venus	45º a 48º

La pregunta clave es ¿porqué razón el planeta está unas veces al este del Sol y otras veces al Oeste? ¿Cómo explicar esto desde las características orbitales del planeta?.

Cuando observamos un planeta interior, P, sabemos que está ocupando un lugar en su desplazamiento orbital alrededor del Sol, y en toda la órbita existen, para un observador terrestre, cuatro puntos básicos: punto en el que el planeta alcanza la elongación máxima oriental (EMOR), punto en el que el planeta alcanza la conjunción inferior (CINF), punto en el que el planeta alcanza la elongación máxima occidental (EMOC), y, finalmente, el punto en el que el planeta alcanza la conjunción superior (CSUP). 

   

Si observamos el planeta en la elongación máxima occidental (aparece al amanecer antes que el Sol a una distancia angular de 18º-28º si es Mercurio, o de 45º-48º si es Venus), a partir de ese punto va desplazándose en días sucesivos disminuyendo la elongación occidental hasta desaparecer tras el Sol, hacia el punto de la conjunción superior, en donde tanto el planeta como el sol tendrían la misma longitud eclíptica. En ese punto deja de ser observado por estar detrás del Sol. Mas tarde vuelve a aparecer el planeta en elongación oriental hasta obtener la máxima elongación oriental (aparece al amanecer en ese punto después de la salida del Sol, a 18º-28º si se trata de Mercurio, o de 45º-48º si fuera Venus), disminuyendo en los días siguientes esa elongación al dirigirse el planeta hacia el punto de conjunción inferior, pasando entre la Tierra y el Sol, zona en la que desaparece a la observación, pues los rayos solares impiden una adecuada visión del astro. También en ese punto el Sol y el planeta tienen la misma longitud eclíptica. Aparece más tarde en elongación occidental, amaneciendo cada día antes que el Sol, hasta alcanzar la máxima elongación occidental, repitiéndose de nuevo el proceso.

La visión de perfil, de canto, del fenómeno, a lo largo del año, desde nuestro planeta, es la de un objeto que parece oscilar a un lado y a otro del Sol, como si se tratara de la masa colgante de un péndulo. 

2. El movimiento aparente de los planetas exteriores. Un bucle en el contexto estelar:

El sentido del movimiento en su órbita de todos los planetas, interiores y exteriores, es siempre el mismo, sin embargo, por cumplirse la segunda ley de Kepler, es mucho más lento el movimiento relativo de los planetas más alejados. Así, se tiene para los periodos orbitales de los nueve planetas, los valores siguientes, en días y años terrestres:

Planeta	Periodo Orbital (días)	Periodo Orbital (años)
Mercurio	00087.95	000.24
Venus	00226.30	000.62
Tierra	00365.00	001.00
Marte	00686.20	001.88
Júpiter	04328.90	011.86
Saturno	10752.90	029.46
Urano	30696.50	084.10
Neptuno	60148.35	164.79
Plutón	90410.50	247.70

Esto quiere decir que cuando nuestro planeta, la Tierra, y el planeta observado, se encuentran en conjunción las velocidades son de contrario sentido y, por tanto, la velocidad relativa es la suma de las dos, por lo que el planeta presenta un movimiento aparente directo a nuestra observación.

En la mitad del arco del movimiento directo, tanto el Sol como el planeta observado se encuentran en la misma constelación para un observador desde la Tierra. Es decir, el Sol y el planeta tienen iguales sus longitudes eclípticas.

En cambio, cuando ambos planetas se encuentran en oposición, ambas velocidades se restan, pues al tener el mismo sentido la velocidad relativa observada desde uno de ellos es la diferencia de ambas, y, además, siendo más rápido el movimiento de la Tierra, por ser de órbita menor, el planeta observado presenta un movimiento aparente de sentido contrario, retrógrado (Al modo en que, por ejemplo, un automóvil de marcha rápida deja atras a otro más lento en una autopista, aparentando que el coche más lento va "hacia atrás").

En la mitad del arco del movimiento retrógrado el planeta se encuentra, para un observador terrestre, en la constelación opuesta a aquella en la que en ese momento se encuentra el Sol. Las longitudes eclípticas del planeta y el Sol se diferencian en 180º.

El punto donde parece pararse el planeta es aquel en el que la velocidad relativa observada sería cero por tener ambos astros igual componente de velocidad en la misma dirección y sentido de la observación. Esto ocurre en los puntos llamados de cuadratura de la órbita de nuestro planeta.

Es claro que los bucles observados en cada uno de los planetas exteriores será menor cuanto más lejos se encuentre el planeta. Se han medido los arcos recorridos en los movimientos retrógrados, con los siguientes resultados medios: 

Planeta Exterior	Arco del recorrido retrógrado
Marte	15º 02’
Júpiter	10º 12’
Saturno	07º 01’
Urano	03º 57’
Neptuno	03º 00’
Plutón

Imagen del libro de Joachim Herrmann [2], que muestra
de forma muy instructiva el proceso del movimiento aparente
de los planetas exteriores.

3. La antigua explicación geocéntrica:

En la antigüedad, desde la época de Aristóteles, se conocía la existencia de los planetas Mercurio y Venus, siempre próximos al Sol, con un aparente movimiento oscilatorio a su alrededor, como la masa de un péndulo, y también se conocía la existencia de tres planetas exteriores, Marte, Júpiter y Saturno, junto con sus peculiares movimientos aparentes de bucle. Estos cinco planetas, junto con el Sol y la Luna, eran todos los astros conocidos, aparte de las estrellas fijas.

La cuestión es que un astrónomo nacido en el año 85 d. de C., Claudio Ptolomeo, desarrolló una explicación de los movimientos aparentes, basando toda la argumentación en una concepción errónea el mundo y de la situación de los cuerpos celestes, y que perduró en la civilización occidental hasta el siglo XVI. El sistema geocéntrico de Ptolomeo fue prácticamente el único aceptado durante 1400 años, hasta el descubrimiento de Nicolás Copérnico y los trabajos de Kepler.

Ptolomeo consideró que la Tierra, nuestro planeta, se encontraba en el centro del Universo, inmóvil y rodeada por siete esferas concéntricas que contenían, cada una de ellas, un astro que desplazándose por la correspondiente superficie esférica giraba a su alrededor. Así, habría una esfera con centro en nuestro planeta, sobre la cual se desplazaba la Luna alrededor de la Tierra, en una órbita circular que denominaba círculo deferente. Habría otra esfera concéntrica que contendría al Sol, y, además, cada uno de los planetas se desplazaría también alrededor de la Tierra en su correspondiente círculo deferente. Una octava esfera, la más exterior, contendría a las estrellas fijas.

El Sistema Geocéntrico de Ptolomeo se basaba en tres consideraciones básicas:

1. La Tierra es el centro inmóvil del Universo.
2. Todos los objetos se desplazan alrededor de la Tierra.
3. El movimiento de los cuerpos celestes, Sol, Luna, planetas y estrellas fijas, se realizan de manera circular uniforme.

Para poder explicar los movimientos retrógrados de los planetas exteriores, lo mismo que el movimiento oscilatorio próximo al Sol de los planetas interiores, el sistema ptolemaico estableció la existencia de círculos menores alrededor de ciertos puntos del circulo deferente del planeta, que se denominaron epiciclos. Todos los planetas se desplazarían por su correspondiente círculo deferente con su correspondiente epicíclo. El Sol y la Luna se desplazarían sobre el círculo deferente, sin epiciclos.

La explicación de los movimientos aparentes se realiza mediante la concepción ptolemaica si se postula lo siguiente:

1. Los centros de los epiciclos de los planetas inferiores, Mercurio y Venus, se encuentran siempre en la dirección de la Tierra al Sol.
2. Los radios de los epiciclos, trazados en el punto de posición del planeta son paralelos a esta dirección para todos los planetas exteriores.

La concepción Ptolemaica del cosmos implicaba postular la existencia de epiciclos sobre circulos deferentes