La bóveda celeste y el concepto de horizonte. El cenit y el nadir

La bóveda celeste

Dado que no se tiene ninguna percepción directa de las distancias de los astros, éstos se nos aparecen como si estuvieran fijos sobre la bóveda del cielo, limitada por el círculo del horizonte y de la cual nos sentimos el centro. Para establecer la posición de un astro en el cielo, los astrónomos lo imaginan proyectado sobre dicha esfera. No importa cuál sea la dimensión de esta esfera imaginaria por que es inmensamente grande comparada con las distancias terrestres. Tan grande que en cualquier parte de la superficie terrestre en que uno se halle siempre se puede considerar en el centro de esta esfera. Esto se expresa diciendo que la esfera celeste tiene un radio infinitamente grande. No perdamos de vista que la esfera celeste es un fenómeno óptico, pero a los astrónomos le viene muy bien para establecer sus sistemas de coordenadas. La sensación de que el cielo es realmente una esfera y que los astros se encuentran situada sobre ésta es tan fuerte, que la humanidad lo ha creído así durante muchos siglos hasta que el desarrollo de la ciencia y de la tecnología ha permitido medir las distancias que nos separan de los cuerpos celestes.

El concepto de horizonte

Debido al tamaño tan grande de la esfera celeste, es los mismo encontrarse sobre la superficie de la tierra que en su centro. Por eso, desde un lugar con la vista despejada, sin montañas o edificios que bloqueen la visión, siempre se ve la mitad de la esfera celeste (Figura 1). Se llama horizonte astronómico al círculo que limita este hemisferio (la mitad de la esfera visible). Podemos comprobar que el horizonte astronómico es el círculo cortado sobre la esfera celeste por el plano tangente a la Tierra, situado en el lugar donde se encuentre el observador (Figura 2). Y es como si este plano pasara por el centro de la Tierra, comparada con las distancias de las estrellas es exactamente lo mismo. Generalmente se llama horizonte a la línea que en campo abierto parece separar el cielo de la tierra, o del agua si nos encontramos junto o en el mar.

Figura 1. Si la bóveda celeste es suficientemente grande respecto de la Tierra, entonces siempre veremos la mitad de la misma, como se puede apreciar en esta figura

El cenit y el nadir

El punto de la esfera celeste que se encuentra exactamente sobre la cabeza del observador se denomina "cenit", y es el punto que señalaría en la dirección de una plomada vertical. La vertical es perpendicular al plano horizontal y, por eso, el cenit forma un ángulo de 90º con el horizonte. El punto de la esfera celeste opuesto al cenit, y que se encuentra justo bajo los pies del observador se denomina "nadir" (Figura 3).

Figura 2. Desde cualquier punto de la Tierra, el horizonte se sitúa como un plano tangente a nuestro planeta en dicho punto y sólo permite ver la mitad de la bóveda celeste. Esto explica por qué desde cualquier punto se ven unas estrellas y otras no. Si estamos en un punto cuyo horizonte es el indicado como 1, entonces podremos ver la estrella A pero no la B y la C, mientras que en el punto que tiene como horizonte el señalado como 2, podemos ver la estrella A y B pero no la C.

Figura 3. Situación del cenit, el nadir y el horizonte sobre la bóveda celeste.

¿Qué ocurre con el horizonte si nos elevamos sobre la superficie de la Tierra?

Evidentemente si nos situamos a cierta altura sobre la superficie de la Tierra, como pueda ser en un avión, el cielo no está limitado por el plano tangente a la Tierra sino por un cono cuyo vértice está en el observador y desde el cual se divisa más de la mitad del cielo (Figura 4). Por tanto el círculo del horizonte ya no se situará a 90º del cenit sino a un ángulo superior. Por ejemplo, si nos situamos sobre una montaña a 1.000 metros de altura sobre el nivel del mar el horizonte se situará a casi 91º del cenit. Desde un avión volando a 10.000 metros de altura el horizonte se sitúa casi 3º por debajo, es decir, a 93º del cenit, y se comenta que a 20.000 metros ya empieza a apreciarse de manera inequívoca la curvatura de la Tierra. Si estuviéramos en un satélite a 1.000 km. sobre la superficie de la Tierra, entonces el horizonte retrocedería 30º, y en lugar de ver el 50% de la bóveda celeste veríamos el 75%. Por ejemplo, desde el Telescopio Espacial Hubble, situado a unos 600 km. de altura, el horizonte retrocede unos 24º, por lo que no puede observarse todo lo que se quiera en cualquier momento, sino que hay que esperar a que a medida que se vaya completando una órbita, el astro en cuestión sea visible y aparezca detrás de la Tierra.

Figura 4. Si nos situamos a cierta altura sobre la superficie de la Tierra, entonces nuestro horizonte descenderá a grados por debajo de la horizontal debido a que nuestro horizonte está dado por un cono en cuyo vértice estamos situados nosotros, en lugar de ser un plano.