La estrella polar y el polo norte celeste

Esfera celeste, polos y ecuador celestes

Los polos celestes, norte y sur, son los dos puntos imaginarios en los que el eje de rotación de la Tierra corta la esfera celeste, esfera imaginaria de las estrellas.

De noche, las estrellas parecen girar de este a oeste. La trayectoria que describe cada estrella es circular, con centro en uno de los polos celestes (norte o sur, dependiendo del hemisferio donde se encuentre el observador). Este movimiento, aparente, es debido al movimiento de rotación de la Tierra.

Polaris (Alpha Ursae Minoris o α UMi), también llamada estrella polar, es sin ningún género de dudas la estrella más afamada entre todas las del cielo nocturno. Supera en popularidad a Sirius, la más brillante, o a la cercana Alpha Centauri. Canopus o Arcturus son más luminosas, pero no tan conocidas e igual ocurre con Vega o Capella. Rígel y Betelgeuse, las estrellas de la constelación de Orión, pueden ser más bellas, pero ninguna de ellas ni de las anteriores es tan nombrada como Polaris. Incluso los residentes en el hemisferio sur, donde es imposible su observación, conocen perfectamente su existencia, y han oído hablar de ella largo y tendido.

La estrella polar es la estrella visible del hemisferio norte más cercana al punto hacia el que se dirige el eje de la Tierra, señalando de manera aproximada la situación del polo norte celeste. La estrella polar ha sido utilizada por los navegantes a través de la historia y todavía se utiliza para determinar el azimut y la latitud.

El azimut entre dos puntos es el ángulo que existe entre la dirección norte y la alineación que determinan esos puntos, luego la estrella polar nos sirve para determinar esa dirección norte. La altura sobre el horizonte de la estrella polar expresada en grados y minutos es la latitud del observador, como se explicará más adelante.

Si se observa regularmente y a lo largo del año el cielo norte, se puede observar que todas las constelaciones giran en torno a una zona, y hay una estrella cuya posición relativa es prácticamente constante. Esa estrella es la estrella polar. Esto se puede observar en la fotografía de larga exposición de arriba.

Hasta los más jóvenes, y los más alejados de la ciencia astronómica, tienen noticia de ella, y existe una poderosa razón para que esto ocurra: su cercanía al polo norte celeste es tal, que es identificada con ese punto cardinal, y utilizada como referencia para la orientación tanto por caminantes como por los navegantes desde tiempos muy antiguos, como ya se ha dicho. Polaris no coincide exactamente con el polo norte, sino que dista de él 41,1′ de arco a la fecha de este artículo (2011), aunque sigue aproximándose paulatinamente. Su equivalente en el polo sur celeste, Sigma Octantis, llamada por ello Polaris Australis, es una estrella de 5ª magnitud muy difícil de distinguir a simple vista, por lo que en la práctica se utiliza la constelación de la Cruz del Sur para localizar el polo sur celeste.

La Estrella del Norte, como también se denomina a Polaris, está en la Osa Menor, una constelación boreal solo visible en el hemisferio norte, pero observable en cualquier época del año, aunque carente de elementos interesantes desde un punto de vista astronómico. Pulsando en la imagen de la derecha con el ratón se obtendrá una descripción animada de la constelación, con ampliación suficiente, aunque ninguna de sus estrellas ni de sus objetos de cielo profundo suscitan el interés de los aficionados, excepción hecha de la estrella polar.

De la Osa Mayor a la estrella polar.

La constelación de la Osa Mayor, conocida como la Sartén o el Carro, va a prestarnos una gran ayuda para la localización de Polaris. Las dos estrellas opuestas al mango de La Sartén, es decir, Dubhe y Merak, a las que se les ha venido a denominar "los punteros", nos van a servir para encontrarla con facilidad. Efectivamente, prolongando la línea que une ambas estrellas en dirección a Dubhe, la más brillante de las dos, unas cinco veces, llegamos a Polaris sin ninguna dificultad. Este recurso será muy útil para los excursionistas que se encuentren desorientados durante la noche, proporcionándoles la situación del norte.

Por otro lado, la estrella polar es un centro de simetría radial entre la Osa Mayor y la constelación de Casiopea (del latín, Cassiopeia), que observamos en la figura con forma de “W” o de “M”; ambas se encontrarán siempre en situaciones opuestas con respecto al polo norte celeste, representado por Polaris, alrededor del cual giran en el sentido contrario al de las agujas del reloj.

El siguiente es un breve vídeo explicativo para la identificación en el cielo de la estrella polar.

Observación según la latitud.

La estrella polar es una estrella llamada no estacional, puesto que su observación no depende de la época del año, al estar siempre visible en el cielo nocturno. Para un observador situado en el ecuador de la Tierra, se verá justo en el horizonte, pero si se desplaza hacia el norte, Polaris irá ofreciendo una visión cada vez más alta en el cielo, de manera que si nos situáramos en el polo norte terrestre, tendríamos a la estrella justo sobre nuestra cabeza, en el cenit. Esto se traduce en que la estrella polar tendrá la misma altitud en el cielo que la latitud del lugar desde donde se observe. Si pulsa sobre la imagen podrá ver una animación de todo esto. En Murcia, a 38° N de latitud, Polaris siempre se situará a esa altitud sobre el horizonte norte. Naturalmente, todo esto es sin perjuicio de la pequeña variación de 41,1′ de arco que sufre actualmente la estrella con respecto al polo norte celeste.

Tipología y características físicas.

Polaris es una estrella triple, como veremos, cuya componente principal, Polaris A, es una supergigante amarilla de tipo espectral F7I, 45 veces más grande que nuestro Sol y 6 veces más masiva y con una luminosidad 2440 veces mayor que la solar. Su magnitud aparente, de +1.97, sufre alteraciones por tratarse de una variable pulsante, aunque en la actualidad parecen haber desaparecido casi por completo tales pulsaciones, manteniéndose su brillo sin fluctuaciones apreciables, lo que nos hace pensar que la actividad de fusión nuclear de hidrógeno en helio en el centro de la estrella ya ha terminado, o está a punto de acabar. La distancia a nuestro sistema solar es de unos 431 años luz.

DATOS MÁS SIGNIFICATIVOS DE POLARIS
Constelación	Ursa Minor (Osa Menor)
Tipo espectral	K7I
Clase	Supergigante
Color	Amarilla
Magnitud aparente	+1.97
Distancia	431 años luz* (Leer al pie)
Radio	45 soles

Representación artística
del Sistema Polaris

El sistema consta en realidad de tres estrellas, como se puede observar en la siguiente recreación artística del STScI (Space Telescope Science Institute). Polaris B dista de la principal 18″ de arco, distancia angular suficiente para ser resuelta fácilmente con telescopios de aficionado. Es una enana blanco-amarillenta de 8ª magnitud, de la secuencia principal. Una tercera componente, inicialmente descubierta por espectroscopia, ha sido por fin resuelta por el HST (Telescopio Espacial Hubble), aunque para ello ha tenido que utilizarse toda la capacidad de resolución del aparato. Polaris Ab, que así se denomina a esta tercera estrella, resultó encontrarse a menos de dos décimas de segundo de arco de Polaris (Polaris A). Además, estamos hablando de una enana de la secuencia principal junto a una deslumbrante supergigante 2440 veces más brillante que nuestro Sol.

Movimiento de precesión de la Tierra. La rotación de la polar.

Históricamente se le atribuye el descubrimiento de la precesión de los equinoccios a Hiparco de Nicea, astrónomo, geógrafo y matemático griego, como el primero en dar el valor de la precesión de la Tierra con una aproximación extraordinaria para la época. Las fechas exactas no son conocidas, pero las observaciones astronómicas atribuidas a Hiparco por Ptolomeo datan del 147 a. C. al 127 a. C. Algunos historiadores sostienen que este fenómeno ya era conocido, al menos en parte, por los antiguos sabios de la India, existen indicios también de que el astrónomo babilonio Kidinnu, también llamado Cidenas en algunas fuentes, hubiese advertido este desplazamiento ya en el año 340 a. C.

Los niños ya no juegan con peonzas, ni con nada que no sean sofisticados juguetes electrónicos producto de la tecnología más actualizada. Pero si lo hicieran, y tuvieran un par de segundos para observar el movimiento del juguete, verían a este cabecear rítmicamente, con un acompasado bamboleo que a todos los que ya tenemos una cierta edad nos evoca multitud de dulces recuerdos y tiernas sensaciones.

Pues bien, el movimiento del eje de giro de la peonza es similar al que realiza el eje de la Tierra, y que los astrónomos llaman precesión. La causa de la precesión es la protuberancia ecuatorial de nuestro planeta, causada por la fuerza centrífuga de rotación. Esta rotación cambia a la Tierra desde una esfera perfecta a un esferoide achatado por los polos y más ancho en el ecuador. La atracción de la Luna y el Sol sobre la protuberancia ecuatorial es el "toque" que genera la precesión de la Tierra, y que se efectúa en sentido inverso al de rotación, es decir, en sentido retrógrado (sentido de las agujas del reloj). Para evitar confusiones, decir que la precesión de la Tierra es en sentido contrario a la de la peonza representada en la animación de arriba.

Durante todo un ciclo completo de precesión, la dirección hacia la que apunta el eje de la Tierra en el cielo, se mueve en un gran círculo cuyo radio cubre un ángulo de 23° 26′ 16'' en 2011, aunque se considera como valor promedio 23° 27', ángulo que forma el eje de la Tierra con el plano de la eclíptica. El plano de la eclíptica es el que contiene a la órbita de la Tierra alrededor del Sol y, en consecuencia, también al recorrido anual aparente del Sol observado desde la Tierra.

Como se puede observar en la figura anterior, el eje de rotación de la Tierra se encuentra inclinado respecto al plano de la eclíptica.

Más concretamente, a este movimiento de la Tierra se le llama "precesión de los equinoccios", y es el causante de que el polo norte celeste (en realidad, ambos polos) cambie de ubicación de forma constante y lenta, apuntando a lugares distintos de la esfera celeste. Por esto, Polaris es ahora la estrella polar, pero ni lo fue en el pasado ni lo será en el futuro. O por mejor decir, dejará su puesto y volverá a ocuparlo al cabo de aproximadamente 25.776 años, ciclo que se denomina año platónico, gran año o ciclo equinoccial, y cuya duración varía con el transcurso del tiempo por las influencias gravitatorias del Sol. El polo norte celeste todavía se irá acercando más a Polaris y hacia el año 2100 alcanzará la mínima distancia de 27,4′ de arco. A partir de este momento el polo se alejará de Polaris. Otras estrellas, mencionadas más adelante, se turnarán sucesivamente como estrella polar antes de que Polaris vuelva a ostentar ese título.

El nombre precesión de los equinoccios se le dio porque precisamente este movimiento de la Tierra ocasiona un retroceso continuo de los puntos equinocciales a razón de aproximadamente 1° de arco a lo largo de la eclíptica cada 72 años. Veamos el siguiente vídeo explicativo.

En el pasado.

Hace 4.800 años y hasta el inicio de la era cristiana, la estrella más cercana al polo norte celeste, es decir, la estrella polar de aquella lejana época, era Thuban (α Draconis), de magnitud 3,6 y que se llegó a encontrar a apenas 10' de arco del polo celeste (la actual estrella polar dista 41,1' en este momento). Los egipcios que hace más de cincuenta siglos construyeron las grandes pirámides revelaron poseer unos conocimientos muy avanzados al abrir unas galerías que permiten observar desde su interior el polo norte celeste que entonces apuntaba a Thuban. Hoy en día, desde las galerías de las pirámides, si no estuvieran obstruidas, se podría observar nuestra estrella polar, Polaris. A principios de nuestra era no había ninguna estrella brillante que indicara el lugar del polo.

Kochab, de la misma constelación que Polaris, la Osa Menor, fue usada como estrella polar en el hemisferio norte aproximadamente entre los años 1500 a. C. y 500 d. C., dado que el eje de la Tierra apuntaba entonces más cerca de ella que de la actual estrella polar. De hecho, el nombre que los antiguos astrónomos árabes daban a esta estrella era "Al Kaukab al Shamaliyy", que significa "La Estrella del Norte".

Trayectoria del polo norte celeste en el tiempo

En el futuro.



La estrella polar actual, de 2ª magnitud, es una de las más brillantes que se hallan en el camino que va recorriendo el polo y por esto lleva el título desde hace más de mil años. Lo podrá conservar hasta cerca del año 3500, época en que la trayectoria del polo pasará cerca de una estrella de 3ª magnitud llamada Errai o Alrai (γ Cephei). El año 6000 estará entre dos estrellas de 3ª magnitud, Alfirk (β Cephei) e Iota Cephei (ι Cephei). Hacia el año 7500 podrá ser utilizada como polar la estrella Alderamin (α Cephei), la más brillante de su constelación. Sobre el año 9800, Deneb (α Cyg / 50 Cyg), una de las estrellas más brillantes del firmamento, de 1ª magnitud, será una aceptable estrella polar intermedia, situándose a 7° del polo norte celeste y hacia el año 13600 la estrella polar será la más brillante del cielo boreal de verano, Vega (α Lyrae), que se hallará a unos 4,5° del polo y conservará esta primacía durante tres mil años por lo menos. Esta será la estrella polar de las futuras y lejanas generaciones, como ya lo fue hace catorce mil años, en la era glacial. Confiemos en que para entonces todavía haya alguien interesado en buscar el norte en una noche estrellada.

Mitología.

El gran Zeus se enamoró perdidamente de Calisto, la hermosa ninfa cazadora habitante de los bosques de Arcadia. El padre de los dioses sedujo a la ninfa, y esta quedó embarazada. Al enterarse de lo sucedido Hera, esposa de Zeus, presa de los celos, la convirtió en oso.

Pasado el tiempo, Arkas, hijo de Calisto, también cazador, se topó cierto día con un oso y quiso matarlo, sin saber que era su madre. Zeus intervino y le reveló la verdad. Para que no volviera a ocurrir, Zeus tomó a Calisto, convertida en osa, de la cola y la lanzó hacia el cielo; también transformó a Arkas en oso y lo puso en el cielo junto a su madre para que le hiciera compañía. Arkas es la constelación de la Osa Menor y su madre, Calisto, la Osa Mayor.

Y por último, un interesante vídeo acerca de las principales constelaciones.

(*):

Nueva información aportada en septiembre de 2013:

La nueva distancia establecida para Polaris por David Turner y su equipo se basa en un análisis espectral de alta resolución y resulta ser de 323 años luz, sustancialmente más cerca de lo que se creía, que eran 431 años luz (esto de acuerdo con una estimación realizada en los años 90 por el satélite Hipparcos de la Agencia Espacial Europea). La discrepancia entre las diferentes estimaciones de distancia para Polaris se traduce en una incertidumbre relativa del 30 %, lo que irónicamente implica que los astrónomos conocen las distancias a ciertas galaxias en órbita alrededor de la Vía Láctea (por ejemplo, las Nubes de Magallanes) con una precisión relativa mejor, a pesar de encontrarse unas 500 veces más lejos que Polaris.

Última información aportada en octubre de 2018:

La sonda espacial Gaia, sucesora de Hipparcos, fue lanzada al espacio desde la Guayana Francesa el 19 de diciembre de 2013 por la Agencia Espacial Europea. Recientemente, Gaia ha determinado de forma precisa el paralaje de Polaris y de ahí su distancia a la Tierra: 447 años luz.