Analema solar

¿Qué es?

Se denomina analema solar a la curva con forma de 8 que dibuja el Sol en el cielo cuando se observa a la misma hora todos los días del año. El motivo de la formación de esta figura es la discrepancia entre la hora solar, basada en la posición real del Sol, y la hora oficial de los relojes, basada en un hipotético Sol que se mueve de manera regular en el cielo a lo largo del ecuador celeste. Hay varios motivos por los cuales ambas horas no coinciden:

• Por un lado, este Sol hipotético de movimiento regular, que da una vuelta completa en el cielo cada 24 horas, se define sobre el ecuador celeste. Esto es así porque la Tierra se divide en 24 husos horarios a modo de "gajos de naranja" con una anchura que equivale a una longitud de 15 grados (ya que 24x15 = 360 grados). Estos husos están basados en un meridiano de referencia, que es una curva que va del Polo Norte de la Tierra al Sur y corta al ecuador terrestre perpendicularmente. El Sol medio atraviesa cada huso exactamente en 1 hora de tiempo. Sin embargo, el Sol de verdad se mueve a lo largo de la eclíptica, que está inclinada unos 23 grados y medio con respecto al ecuador. Esto hace que el Sol real no tarde siempre 1 hora en recorrer cada huso horario, de forma que para algunos necesita más tiempo y para otros menos. Además, la órbita de traslación de la Tierra alrededor del Sol no es circular, sino elíptica, con el Sol en uno de los focos de la elipse. Esto significa que la velocidad con que la Tierra se desplaza alrededor del Sol va cambiando a lo largo del tiempo. Así, por ejemplo, la velocidad es máxima en el afelio (distancia mínima al Sol), lo cual ocurre unos días después del Año Nuevo, mientras que la velocidad es mínima en el perihelio (distancia máxima), a primeros de julio. Estos cambios de velocidad provocan también cambios en la posición del Sol real con respecto al hipotético Sol medio. La combinación de ambos efectos es lo que se denomina ecuación del tiempo, que es la diferencia entre la hora solar y la hora oficial. Este valor puede alcanzar los 16 minutos en noviembre, con el Sol real adelantado con respecto al reloj, mientras que en febrero tenemos unos 14 minutos de retraso entre el Sol real y el reloj. Esta variación explica la forma del analema en el eje horizontal.
• Por otra parte, debido a esta inclinación de 23 grados y medio entre el plano de la eclíptica y el eje de rotación de la Tierra, el Sol alcanza diferentes alturas máximas en el cielo a lo largo de un año. Esto provoca las famosas cuatro estaciones. El día del solsticio de verano (21 de junio), la altura del Sol es máxima, los días son largos y hace calor y por ello da comienzo el verano. En los equinoccios de primavera (21 de marzo) y de otoño (23 de septiembre), la duración del día y la noche son iguales (prácticamente) y la altura máxima que alcanza el Sol sobre el horizonte es intermedia. El día del solsticio de invierno (21 de diciembre), la altura del Sol es mínima, los días son cortos y hace frío, con lo que empieza el invierno. Esta variación en altura explica la forma estirada del analema en el eje vertical, con un Sol más alto en el mes de junio y más bajo en diciembre. El ángulo del Sol medido por encima o por debajo del ecuador celeste se denomina declinación solar y toma valores entre -23 grados y medio (para el solsticio de invierno) y +23 grados y medio (solsticio de verano).
• Por último, no podemos olvidar que en todos los lugares que comparten un mismo huso horario se tiene la misma hora oficial (en los relojes), pero les corresponde diferente hora solar. La diferencia está en la longitud geográfica. Cuando estamos al este del meridiano de referencia del huso, el Sol está adelantado (amanece antes, pero también se pone antes), mientras que al oeste del meridiano el Sol está retrasado (amanece más tarde y se pone también más tarde). En el caso de Madrid, por ejemplo, con una longitud de 3° 42′ 12″ oeste, el Sol está retrasado casi unos 15 minutos con respecto al Meridiano de Greenwich (que pasa por Castelló de la Plana).

Interpretación de la figura

A continuación se muestra el analema Solar.

• Supongamos que, por simplicidad, nos encontramos en un punto de la Tierra por el que pasa el Meridiano de Greenwich (como Castelló) y observamos el Sol día a día siempre a las 13:00 h del reloj (la hora del mediodía). Hemos dicho las 13:00 h y no las 12:00 h porque en España tenemos un huso UTC+1. Para facilitar el razonamiento, vamos a suponer que se aplica el horario de invierno durante todo el año.
• Hemos marcado con círculos rojos el comienzo de cada uno de los meses, junto con la inicial de cada mes ("E" para enero, "F" para febrero, etc.). Se han añadido unas subdivisiones cada 7 días, con lo que están marcadas cada una de las semanas de cada mes. Se ha dibujado el Sol en la posición correspondiente al día de hoy.
• La línea vertical representa el meridiano del lugar, es decir, la curva en el cielo que pasa por el Polo Norte celeste y el cénit y que corta al horizonte en la dirección del Sur, que es hacia donde estaría mirando un observador. Este meridiano divide el cielo en dos mitades, el cielo oriental (dibujado a la izquierda) y el occidental (a la derecha). Este eje vertical es el de declinación solar, expresada en grados, donde ya hemos visto que el Sol alcanza una altura máxima que va variando según la estación del año (entre -23,5 y +23,5 grados).
• El eje horizontal es el que muestra el valor de la ecuación del tiempo, expresada en minutos (entre -14 y +16 minutos). Si pudiéramos ver el Sol medio a las 13:00 h, siempre se encontraría a esa hora cruzando el meridiano del lugar, a veces más arriba o más abajo, según la fecha, pero siempre sobre el meridiano (es decir, en el 0). Sin embargo, el Sol real se encuentra a la derecha o a la izquierda del meridiano. Desde mediados del mes de abril hasta mediados de junio, y desde inicios de septiembre hasta finales de diciembre, el Sol real lo veremos la derecha del meridiano. Se dice que está adelantado porque ya marcó el mediodía al cruzar el meridiano y ahora el reloj solar dirá que es más tarde del mediodía. Sin embargo, desde finales de diciembre hasta mediados de abril, y desde mediados de junio hasta finales de agosto, el Sol estará a la izquierda del meridiano. Se dice, por tanto, que está retrasado, ya que un reloj solar dirá que todavía no es mediodía.
• Para un caso de un observador en un lugar por el que no pasa el Meridiano de Greenwich, habrá que aplicar el adelanto o el retraso correspondiente según su longitud geográfica. En el caso de Madrid, habría que restar a la ecuación del tiempo (eje horizontal) unos 15 minutos aproximadamente. De esta forma, la discrepancia entre la hora solar y la oficial oscilaría entre 1 minuto adelantado en noviembre y 29 minutos de retraso en febrero. Esta sería la corrección que habría que aplicar a un reloj de sol en Madrid.