Debido a la inclinación del eje de la Tierra, la cantidad de
luz solar que llega a un punto cualquiera en la superficie varía a lo largo del
año. Esto ocasiona los cambios estacionales en el clima, siendo verano en el
hemisferio norte ocurre cuando el Polo Norte está apuntando hacia el Sol, e
invierno cuando apunta en dirección opuesta. Durante el verano, el día tiene
una duración más larga y la luz solar incide más perpendicularmente en la
superficie. Durante el invierno, el clima se vuelve más frío y los días más
cortos. En la zona del Círculo Polar Ártico se da el caso extremo de no recibir
luz solar durante una parte del año; fenómeno conocido como la noche polar. En
el hemisferio sur se da la misma situación pero de manera inversa, con la
orientación del Polo Sur opuesta a la dirección del Polo Norte.
Por convenio astronómico, las cuatro estaciones están determinadas
por solsticios (puntos de la órbita en los que el eje de rotación terrestre
alcanza la máxima inclinación hacia el Sol —solsticio de verano o hacia el lado
opuesto solsticio de invierno—) y por equinoccios, cuando la inclinación del
eje terrestre es perpendicular al Sol. En el hemisferio norte, el solsticio de
invierno se produce alrededor del 21 de diciembre, el solsticio de verano el 21
de junio, el equinoccio de primavera el 20 de marzo y el equinoccio de otoño el
23 de septiembre. En el hemisferio sur la situación se invierte, con el verano
y los solsticios de invierno en fechas contrarias a la del hemisferio norte. De
igual manera sucede con el equinoccio de primavera y de otoño.
El ángulo de inclinación de la Tierra es relativamente estable
durante largos períodos de tiempo. Sin embargo, la inclinación se somete a
nutaciones; un ligero movimiento irregular, con un período de 18,6 años. La
orientación (en lugar del ángulo) del eje de la Tierra también cambia con el
tiempo, precesando un círculo completo en cada ciclo de 25 800 años. Esta
precesión es la razón de la diferencia entre el año sidéreo y el año tropical.
Ambos movimientos son causados por la atracción variante del Sol y la Luna
sobre el abultamiento ecuatorial de la Tierra. Desde la perspectiva de la
Tierra, los polos también migran unos pocos metros sobre la superficie. Este
movimiento polar tiene varios componentes cíclicos, que en conjunto reciben el
nombre de movimientos cuasiperiódicos. Además del componente anual de este
movimiento, existe otro movimiento con ciclos de 14 meses llamado el bamboleo
de Chandler. La velocidad de rotación de la Tierra también varía en un fenómeno
conocido como variación de duración del día.
En tiempos modernos, el perihelio de la Tierra se produce
alrededor del 3 de enero y el afelio alrededor del 4 de julio. Sin embargo,
estas fechas cambian con el tiempo debido a la precesión orbital y otros
factores, que siguen patrones cíclicos conocidos como ciclos de Milankovitch.
La variación de la distancia entre la Tierra y el Sol resulta en un aumento de
alrededor del 6,9 %nota 15 de la energía solar que llega a la Tierra en el
perihelio en relación con el afelio. Puesto que el hemisferio sur está
inclinado hacia el Sol en el momento en que la Tierra alcanza la máxima
aproximación al Sol, a lo largo del año el hemisferio sur recibe algo más de
energía del Sol que el hemisferio norte. Sin embargo, este efecto es mucho
menos importante que el cambio total de energía debido a la inclinación del eje,
y la mayor parte de este exceso de energía es absorbido por la superficie
oceánica, que se extiende en mayor proporción en el hemisferio sur.
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