Realmente no sabemos cuándo sale el sol

Cientos de horas de amanecer y atardecer revelan que hay algo mal con nuestros cálculos.

La colaboradora de S&T Gallery, Margit Steig, capturó la puesta de sol sobre un estanque en Wellfleet, Massachusetts, en 2012.
margit l. Steig

Cada 24 horas, la mayoría de nosotros nos sumergimos en la oscuridad. Montamos el tiovivo whizzbang de nuestro planeta a medida que gira, corriendo 1.675 kilómetros por hora (1.041 mph) sobre el horizonte y de cabeza en la noche. Para que no nos perdamos en la negrura moteada de estrellas o, como es cada vez más cierto para muchos, en el resplandor enfermizo de luces artificiales este viaje nos lleva de vuelta y al amanecer de nuevo con regularidad confiable.

Después de milenios sintonizados con este reloj cósmico, uno pensaría que sabríamos con precisión cuándo sale y se pone el Sol. Pero el trabajo de disertación de Michigan Tech por Teresa Wilson (ahora en el Observatorio Naval de los EE. UU.) Sugiere que nuestras estimaciones a menudo están apagadas en 1 a 5 minutos.

Convencionalmente hablando, el amanecer y el atardecer se definen como el momento en que la parte superior del disco del Sol está en el horizonte. Si viviéramos en un cuerpo sin aire, podríamos calcular cuándo sucede este momento con geometría simple y llamarlo un día. Pero la luz no viaja de nuestra estrella a nuestro ojo en línea recta. El camino de la luz del sol se dobla ligeramente cuando golpea la atmósfera de la Tierra, un efecto que se fortalece a medida que la luz se interna en la atmósfera cada vez más densa. Este efecto de flexión se llama refracción, y es más fuerte en el horizonte.

Todas las calculadoras disponibles públicamente que Wilson pudo encontrar suponen un ángulo de refracción en el horizonte de 34 minutos de arco (denotado ʹ), o un poco más que el tamaño de la Luna llena. Este valor puede haber venido de Isaac Newton en el siglo XVII; Wilson lo encontró citado como estándar ya en 1865. Pero usar un solo ángulo de refracción no tiene en cuenta las diferentes condiciones meteorológicas de un lugar a otro; en esencia, estamos diciendo que las cosas son las mismas en julio en Hawai que son en enero en Alaska, dijo el 8 de enero durante su presentación en la reunión de invierno de la Sociedad Astronómica Americana en Seattle. Este enfoque tampoco tiene en cuenta cómo la altitud del observador podría cambiar las cosas.

Wilson decidió averiguar qué tan buenas son nuestras estimaciones de amanecer y atardecer. Ella buscó datos publicados e inéditos para cada registro que pudo encontrar, en última instancia acumulando 251 amaneceres y 514 puestas de sol desde 30 coordenadas geográficas diferentes, tanto en horizontes de agua como de tierra. Alrededor de 600 de estos llegaron con datos meteorológicos, que ella introdujo en tres modelos diferentes de refracción de diversa complejidad; para los demás, tuvo que conformarse con el 34ʹ.

Esta imagen distorsionada combina dos efectos de refracción: un destello verde y un tipo de espejismo superior llamado efecto Novaya Zemlya (NZ). El efecto NZ es causado por el aire frío cercano a la superficie en el horizonte que está cubierto por aire más cálido. El destello verde no parece afectar fuertemente las horas de salida o puesta del sol; el efecto NZ lo hace.
Brocken Inaglory / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

Encontró que, en general, los tiempos pronosticados variaban en precisión según la ubicación y la estación, y los tiempos de salida del sol sobre la tierra generalmente eran a principios de los meses de verano y finales del invierno. El verano mostró las mayores discrepancias, probablemente debido al pronunciado efecto refractivo que la gran diferencia de temperatura en la atmósfera tiene durante esos meses. Los efectos de espejismo debido al aire frío cubierto por horizontes cálidos sobre el agua también exacerbaron los retrasos en las puestas de sol durante todo el año, a veces hasta por 5 minutos. Sin embargo, tener en cuenta la altitud del observador sobre el horizonte mejoró notablemente las predicciones para los horizontes del agua.

Además, los modelos de refracción más complejos que incorporaron condiciones meteorológicas no hicieron un mejor trabajo: sus supuestos limitados inherentes sobre el comportamiento de la capa meteorológica en la atmósfera de la Tierra, llamada troposfera, los llevó a congregarse alrededor del valor 34ʹ. Independientemente del modelo, concluyó, las horas de salida y puesta del sol no se pueden predecir de manera confiable por más de 2 minutos.

Dos minutos pueden parecer intrascendentes, pero Wilson señaló que, si falla el GPS, los marineros utilizarán la navegación celestial. "La mayoría de los marineros le dirán que pueden obtener su posición con la navegación celestial dentro de 1 milla náutica", dijo. Pero si parte de ese cálculo involucra la puesta de sol, "1 minuto de tiempo se convierte en 15 millas náuticas de error". Conocer los horarios precisos de amanecer y atardecer también podría beneficiar a los observadores, tanto aficionados como profesionales. Una mejor comprensión de cómo la atmósfera dobla la luz en el horizonte también afectaría las predicciones de salida de la luna.

Referencia:

Wilson, Teresa. "Evaluación de la eficacia de los modelos actuales de refracción atmosférica en la predicción de los tiempos de salida y puesta del sol". Resumen 225.02D. 233a reunión de la Sociedad Astronómica Americana. Presentado el 8 de enero de 2019.

Wilson, Teresa, "Evaluación de la eficacia de los modelos actuales de refracción atmosférica en la predicción de los tiempos de salida y puesta del sol". Tesis de acceso abierto, Universidad Tecnológica de Michigan. 2018.


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