Equinoccio

Un equinoccio solar es un momento en el tiempo cuando el Sol cruza el ecuador de la Tierra, es decir, aparece directamente sobre el ecuador, en lugar de al norte o al sur del ecuador. En el día del equinoccio, el Sol parece salir "hacia el este" y establezca "hacia el oeste". Esto ocurre dos veces al año, alrededor del 20 de marzo y el 23 de septiembre.

Más precisamente, un equinoccio se define tradicionalmente como el momento en que el plano del ecuador de la Tierra pasa por el centro geométrico del disco del Sol. De manera equivalente, este es el momento en que el eje de rotación de la Tierra es directamente perpendicular a la línea Sol-Tierra, sin inclinarse hacia el Sol ni alejándose de él. En los tiempos modernos, dado que la Luna (y en menor medida los planetas) hace que la órbita de la Tierra varíe ligeramente de una elipse perfecta, el equinoccio se define oficialmente por la longitud eclíptica más regular del Sol en lugar de por su declinación. Actualmente se define que los instantes de los equinoccios son cuando la longitud geocéntrica aparente del Sol es 0° y 180°.

La palabra se deriva del latín aequinoctium, de aequus (igual) y nox (genitivo noctis ) (noche). En el día de un equinoccio, el día y la noche tienen aproximadamente la misma duración en todo el planeta. Sin embargo, no son exactamente iguales debido al tamaño angular del Sol, la refracción atmosférica y la duración rápidamente cambiante de la duración del día que ocurre en la mayoría de las latitudes alrededor de los equinoccios. Mucho antes de concebir esta igualdad, las culturas ecuatoriales primitivas señalaron el día en que el Sol sale por el este y se pone por el oeste, y de hecho esto sucede en el día más cercano al evento definido astronómicamente. En consecuencia, según un reloj de sol debidamente construido y alineado, la duración del día es de 12 horas.

En el hemisferio norte, el equinoccio de marzo se denomina equinoccio vernal o de primavera, mientras que el equinoccio de septiembre se denomina equinoccio de otoño o de otoño. En el hemisferio sur, ocurre lo contrario. Durante el año, los equinoccios se alternan con los solsticios. Los años bisiestos y otros factores hacen que las fechas de ambos eventos varíen ligeramente.

Los nombres neutrales del hemisferio son equinoccio hacia el norte para el equinoccio de marzo, lo que indica que en ese momento la declinación solar está cruzando el ecuador celeste en dirección hacia el norte, y equinoccio hacia el sur para el equinoccio de septiembre, indicando que en ese momento la declinación solar está cruzando el ecuador celeste en dirección sur.

Equinoccios en la Tierra

Generales

Observando sistemáticamente el amanecer, la gente descubrió que ocurre entre dos ubicaciones extremas en el horizonte y, finalmente, notaron el punto medio entre los dos. Posteriormente se percibió que esto sucede en un día en que la duración del día y la noche son prácticamente iguales y la palabra "equinoccio" proviene del latín aequus, que significa "igual", y nox, que significa "noche".

En el hemisferio norte, el equinoccio vernal (marzo) marca convencionalmente el comienzo de la primavera en la mayoría de las culturas y se considera el comienzo del Año Nuevo en el calendario asirio, hindú y persa o calendarios iraníes, mientras que el equinoccio de otoño (septiembre) marca el comienzo del otoño. Los calendarios griegos antiguos también tenían el comienzo del año en el equinoccio de otoño o vernal y algunos en los solsticios. El mecanismo de Antikythera predice los equinoccios y solsticios.

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  Iluminación de la Tierra por el Sol en el equinoccio

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  La relación entre la Tierra, el Sol y las estrellas en el equinoccio de Marzo. Desde la perspectiva de la Tierra, el Sol parece moverse por el eclíptico (rojo), que se inclina en comparación con el ecuador celestial (blanco).

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  Diagrama de las estaciones de la Tierra visto desde el norte. Muy bien: solsticio de diciembre.

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  Diagrama de las estaciones de la Tierra visto desde el sur. Lejos a la izquierda: solsticio de junio.

Los equinoccios son los únicos momentos en los que el terminador solar (el "borde" entre la noche y el día) es perpendicular al ecuador. Como resultado, los hemisferios norte y sur están igualmente iluminados.

Por la misma razón, este es también el momento en que el Sol sale para un observador en uno de los polos de rotación de la Tierra y se pone en el otro. Durante un breve período que dura aproximadamente cuatro días, tanto el Polo Norte como el Polo Sur están a la luz del día. Por ejemplo, en 2021 el amanecer en el Polo Norte es el 18 de marzo a las 07:09 UTC, y el atardecer en el Polo Sur es el 22 de marzo a las 13:08 UTC. También en 2021, el amanecer en el Polo Sur es el 20 de septiembre a las 16:08 UTC y el atardecer en el Polo Norte es el 24 de septiembre a las 22:30 UTC.

En otras palabras, los equinoccios son los únicos momentos en los que el punto subsolar está en el ecuador, lo que significa que el Sol está exactamente sobre la cabeza en un punto de la línea ecuatorial. El punto subsolar cruza el ecuador moviéndose hacia el norte en el equinoccio de marzo y hacia el sur en el equinoccio de septiembre.

Fecha

Cuando Julio César estableció el calendario juliano en el año 45 a. C., fijó el 25 de marzo como la fecha del equinoccio de primavera; este ya era el día de inicio del año en los calendarios persa e indio. Debido a que el año juliano es más largo que el año tropical en aproximadamente 11,3 minutos en promedio (o 1 día en 128 años), el calendario "desviado" con respecto a los dos equinoccios, de modo que en el año 300 d.C. el equinoccio de primavera se produjo alrededor del 21 de marzo, y para la década de 1580 d.C. se había desplazado hacia atrás hasta el 11 de marzo.

Esta deriva indujo al Papa Gregorio XIII a establecer el calendario gregoriano moderno. El Papa quería seguir cumpliendo con los edictos del Concilio de Nicea en el año 325 d. C. con respecto a la fecha de la Pascua, lo que significa que quería mover el equinoccio vernal a la fecha en la que caía en ese momento (el 21 de marzo es el día asignado a él en la tabla de Pascua del calendario juliano), y mantenerlo alrededor de esa fecha en el futuro, lo que logró al reducir el número de años bisiestos de 100 a 97 cada 400 años. Sin embargo, quedó una pequeña variación residual en la fecha y la hora del equinoccio vernal de aproximadamente ±27 horas desde su posición media, prácticamente todo porque la distribución de los días bisiestos centuriales de 24 horas provoca grandes saltos (ver solsticio bisiesto del calendario gregoriano).

Fechas modernas

Las fechas de los equinoccios cambian progresivamente durante el ciclo de los años bisiestos, porque el año del calendario gregoriano no se corresponde con el período de la revolución de la Tierra alrededor del Sol. Solo después de un ciclo completo de año bisiesto gregoriano de 400 años, las estaciones comienzan aproximadamente al mismo tiempo. En el siglo XXI, el equinoccio de marzo más temprano será el 19 de marzo de 2096, mientras que el último fue el 21 de marzo de 2003. El equinoccio de septiembre más temprano será el 21 de septiembre de 2096, mientras que el último fue el 23 de septiembre de 2003 (hora universal).

Nombres

• Equinoccio Vernal y equinoccio de otoño: estos nombres clásicos son derivados directos del latín (ver = primavera, y otoño = otoño). Estos son los términos históricamente universales y todavía más utilizados para los equinoccios, pero son potencialmente confusos porque en el hemisferio sur el equinoccio vernal no ocurre en primavera y el equinoccio de otoño no ocurre en otoño. El idioma común equivalente equinoccio de primavera y otoño (o otoño) equinoccio son aún más ambiguos. Cada vez es más común que la gente se refiera al equinoccio de septiembre en el hemisferio sur como equinoccio Vernal.
• Equinoccio de marzo y equinoccio de septiembre: nombres referentes a los meses del año en que ocurren, sin ambigüedad en cuanto a cuál hemisferio es el contexto. Aún no son universales, sin embargo, ya que no todas las culturas utilizan un calendario basado en la energía solar donde los equinoccios ocurren cada año en el mismo mes (como no lo hacen en el calendario islámico y el calendario hebreo, por ejemplo). Aunque los términos se han vuelto muy comunes en el siglo XXI, a veces se utilizaron al menos hace tanto tiempo como mediados del siglo XX.
• Equinoccio hacia el norte y equinoccio hacia el sur: nombres que se refieren a la dirección aparente del movimiento del Sol. El equinoccio hacia el norte ocurre en marzo cuando el Sol cruza el Ecuador del sur al norte, y el equinoccio hacia el sur se produce en septiembre cuando el Sol cruza el Ecuador del norte al sur. Estos términos se pueden utilizar inequívocamente para otros planetas. Rara vez son vistos, aunque fueron propuestos por primera vez hace más de 100 años.
• Primer punto de Aries y primer punto de Libra: nombres referentes a los signos astrológicos que el Sol está entrando. Sin embargo, la precesión de los equinoccios ha cambiado estos puntos en las constelaciones Piscis y Virgo, respectivamente.

Duración del día y la noche equinoccial

Contorno de las horas de luz diurna como función de latitud y día del año, mostrando aproximadamente 12 horas de luz diurna en todas las latitudes durante los equinoccios

Tierra en el equinoccio de marzo 2019

El día generalmente se define como el período en que la luz del sol llega al suelo en ausencia de obstáculos locales. En la fecha del equinoccio, el centro del Sol pasa aproximadamente la misma cantidad de tiempo por encima y por debajo del horizonte en todos los lugares de la Tierra, por lo que la noche y el día tienen aproximadamente la misma duración. El amanecer y el atardecer se pueden definir de varias maneras, pero una definición generalizada es el momento en que el borde superior del Sol está al nivel del horizonte. Con esta definición, el día es más largo que la noche en los equinoccios:

1. Desde la Tierra, el Sol aparece como un disco más que un punto de luz, por lo que cuando el centro del Sol está por debajo del horizonte, su borde superior puede ser visible. El amanecer, que comienza el día, ocurre cuando la parte superior del disco del Sol aparece por encima del horizonte oriental. En ese momento, el centro del disco sigue por debajo del horizonte.
2. La atmósfera de la Tierra refracta la luz solar. Como resultado, un observador ve la luz del día antes de que la parte superior del disco del Sol aparezca por encima del horizonte.

En las tablas de amanecer/atardecer, se supone que la refracción atmosférica es de 34 minutos de arco y el semidiámetro (radio aparente) supuesto del Sol es de 16 minutos de arco. (El radio aparente varía ligeramente dependiendo de la época del año, ligeramente mayor en el perihelio en enero que en el afelio en julio, pero la diferencia es comparativamente pequeña). Su combinación significa que cuando el borde superior del Sol está en el horizonte visible, su centro está a 50 minutos de arco por debajo del horizonte geométrico, que es la intersección con la esfera celeste de un plano horizontal a través del ojo del observador.

Estos efectos hacen que el día sea unos 14 minutos más largo que la noche en el ecuador y aún más hacia los polos. La igualdad real del día y la noche solo ocurre en lugares lo suficientemente alejados del ecuador para tener una diferencia estacional en la duración del día de al menos 7 minutos, ocurriendo en realidad unos pocos días hacia el lado invernal de cada equinoccio.

Las horas de puesta y salida del sol varían según la ubicación del observador (longitud y latitud), por lo que las fechas en las que el día y la noche son iguales también dependen de la ubicación del observador.

Una tercera corrección para la observación visual de un amanecer (o atardecer) es el ángulo entre el horizonte aparente visto por un observador y el horizonte geométrico (o sensible). Esto se conoce como la inclinación del horizonte y varía desde los 3 minutos de arco para un espectador de pie en la orilla del mar hasta los 160 minutos de arco para un alpinista en el Everest. El efecto de un buzamiento más grande en objetos más altos (alcanzando más de 2½° de arco en el Everest) explica el fenómeno de la nieve en el pico de una montaña que se vuelve dorada a la luz del sol mucho antes de que se iluminen las laderas más bajas.

La fecha en la que el día y la noche son exactamente iguales se conoce como equilux; el neologismo, que se cree que fue acuñado en la década de 1980, logró un reconocimiento más generalizado en el siglo XXI. En las medidas más precisas, un verdadero equilux es raro, porque la duración del día y la noche cambian más rápidamente que en cualquier otra época del año alrededor de los equinoccios. En las latitudes medias, la luz del día aumenta o disminuye en unos tres minutos por día en los equinoccios y, por lo tanto, los días y las noches adyacentes solo se alcanzan con un minuto de diferencia. La fecha de la máxima aproximación del equilux varía ligeramente según la latitud; en las latitudes medias, ocurre unos días antes del equinoccio de primavera y después del equinoccio de otoño en cada hemisferio respectivo.

Vista geocéntrica de las estaciones astronómicas

En el medio año centrado en el solsticio de junio, el Sol sale por el norte del este y se pone por el norte del oeste, lo que significa días más largos con noches más cortas para el hemisferio norte y días más cortos con noches más largas para el hemisferio sur. En el medio año centrado en el solsticio de diciembre, el Sol sale al sur del este y se pone al sur del oeste y las duraciones del día y la noche se invierten.

También en el día de un equinoccio, el Sol sale en todas partes de la Tierra (excepto en los polos) alrededor de las 06:00 y se pone alrededor de las 18:00 (hora solar local). Estos tiempos no son exactos por varias razones:

• La mayoría de los lugares de la Tierra utilizan una zona horaria que difiere de la hora solar local en minutos o incluso horas. Por ejemplo, si una ubicación utiliza una zona horaria con referencia meridiano 15° al este, el Sol se elevará alrededor de las 07:00 en el equinoccio y fijará 12 horas después alrededor de las 19:00.
• La longitud del día también se ve afectada por la velocidad orbital variable de la Tierra alrededor del Sol. Este efecto combinado se describe como la ecuación del tiempo. Así, incluso los lugares que se encuentran en el meridiano de referencia de su zona temporal no ver el amanecer y el atardecer a las 6:00 y 18:00. En el equinoccio de marzo son 7-8 minutos más tarde, y en el equinoccio de septiembre son unos 7-8 minutos antes.
• El amanecer y el atardecer se definen comúnmente para la extremidad superior del disco solar, en lugar de su centro. La extremidad superior ya está arriba por lo menos un minuto antes de que aparezca el centro, y la extremidad superior también se establece más tarde que el centro del disco solar. Además, cuando el Sol está cerca del horizonte, la refracción atmosférica cambia su posición aparente por encima de su posición verdadera por un poco más que su propio diámetro. Esto hace el amanecer más de dos minutos antes y el atardecer una cantidad igual después. Estos dos efectos se combinan para hacer el equinoccio día 12^h 7^m larga y la noche sólo 11^h 53^m. Note, sin embargo, que estos números son sólo verdaderos para los trópicos. Para latitudes moderadas, la discrepancia aumenta (por ejemplo, 12 minutos en Londres); y más cerca de los polos se vuelve mucho más grande (en términos de tiempo). Hasta unos 100 km de cualquiera de los polos, el Sol está levantado por 24 horas en un día equinoccio.
• La altura del horizonte cambia la longitud del día. Para un observador en la cima de una montaña el día es más largo, mientras que estar en un valle acortará el día.
• El Sol es más grande en diámetro que la Tierra, por lo que más de la mitad de la Tierra está a la luz solar en cualquier momento (porque los rayos no paralelos crean puntos tangentes más allá de una línea de día-noche igual).

Arcos diurnos del Sol

Algunas de las afirmaciones anteriores pueden aclararse al imaginar el arco diurno (es decir, el camino a lo largo del cual el Sol parece moverse por el cielo). Las imágenes muestran esto para cada hora en el día del equinoccio. Además, algunos 'fantasma' los soles también se indican por debajo del horizonte, hasta 18° por debajo de él; el Sol en tales áreas todavía causa el crepúsculo. Las representaciones que se presentan a continuación se pueden utilizar tanto para el hemisferio norte como para el sur. Se entiende que el observador está sentado cerca del árbol en la isla representada en medio del océano; las flechas verdes dan direcciones cardinales.

• En el hemisferio norte, el norte es a la izquierda, el Sol se levanta en el este (flecha larga), culmina en el sur (flecha derecha), mientras que se mueve a la derecha y se coloca en el oeste (flecha cerca).
• En el hemisferio sur, el sur es a la izquierda, el Sol se levanta en el este (cerca de flecha), culmina en el norte (flecha derecha), mientras se mueve a la izquierda y se coloca en el oeste (flecha lejos).

Se muestran los siguientes casos especiales:

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  Día arc a 0° de latitud (equator)
  El arco pasa por el cenit, dando lugar a cualquier objeto puramente vertical (como un obelisco o pilar) sin sombra al mediodía alto.

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  Día de arco a 20° de latitud
  El Sol culmina a 70° de altitud y su camino al amanecer y al atardecer ocurre en un ángulo pronunciado de 70° al horizonte. El crepúsculo todavía dura una hora.

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  Día de arco a 50° de latitud
  Twilight dura casi dos horas.

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  Día de arco a 70° de latitud
  El Sol culmina a no más de 20° de altitud y su camino diario al amanecer y al atardecer está a un ángulo de 20° poco profundo hasta el horizonte. Dos horas duran más de cuatro horas.

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  Día de arco a 90° de latitud (pole)
  Si no fuera por refracción atmosférica, el Sol estaría en el horizonte todo el tiempo.

Sistemas de coordenadas celestes

Esfera celestial

El equinoccio de marzo ocurre cuando el Sol parece cruzar el ecuador celeste hacia el norte. En el Hemisferio Norte, el término punto vernal se usa para el momento de este evento y para la dirección precisa en el espacio donde se encuentra el Sol en ese momento. Este punto es el origen de algunos sistemas de coordenadas celestes, que suelen estar arraigados a una época astronómica ya que varía gradualmente (precesa) con el tiempo:

• en el sistema de coordenadas eclípticas, el punto vernal es el origen de la longitud eclíptica;
• en el sistema de coordenadas ecuatoriales, el punto vernal es el origen de la ascensión correcta.

Diagrama de la diferencia entre la longitud celestial del Sol siendo cero y su declinación es cero. Su latitud celestial nunca supera los 1.2 segundos, pero se exagera en este diagrama.

La definición moderna de equinoccio es el instante en que la longitud eclíptica geocéntrica aparente del Sol es 0° (equinoccio hacia el norte) o 180° (equinoccio hacia el sur). Tenga en cuenta que en ese momento, su latitud no será exactamente cero, ya que la Tierra no está exactamente en el plano de la eclíptica. Su declinación tampoco será exactamente cero, por lo que la definición científica es ligeramente diferente a la tradicional. La eclíptica media está definida por el baricentro de la Tierra y la Luna combinados, para minimizar el hecho de que la inclinación orbital de la Luna hace que la Tierra se desplace ligeramente por encima y por debajo de la eclíptica. Ver el diagrama adyacente.

Debido a la precesión del eje de la Tierra, la posición del punto vernal en la esfera celeste cambia con el tiempo, y los sistemas de coordenadas ecuatoriales y eclípticos cambian en consecuencia. Por lo tanto, cuando se especifican las coordenadas celestes de un objeto, se debe especificar en qué momento se toman el punto vernal y el ecuador celeste. Ese tiempo de referencia puede ser un tiempo convencional (como J2000) o un punto arbitrario en el tiempo, como el equinoccio de la fecha.

La culminación superior del punto vernal se considera el comienzo del día sideral para el observador. El ángulo horario del punto vernal es, por definición, el tiempo sideral del observador.

Usando los límites oficiales actuales de las constelaciones de la IAU, y teniendo en cuenta la velocidad de precesión variable y la rotación del ecuador celeste, los equinoccios se desplazan a través de las constelaciones de la siguiente manera (expresado en la numeración del año astronómico cuando el año 0 = 1 BC, −1 = 2 BC, etc.):

• El equinoccio de marzo pasó de Taurus a Aries en −1865, pasó a Piscis en −67, pasará a Acuario en año 2597, y luego en Capricornio año 4312. En 1489 llegó a 10 minutos de Cetus sin cruzar el límite.
• El equinoccio de septiembre pasó de Libra a Virgo en −729, pasará a Leo en año 2439.

Aspectos culturales

Los equinoccios a veces se consideran el comienzo de la primavera y el otoño. En la fecha de los equinoccios se celebran una serie de fiestas tradicionales de la cosecha.

La arquitectura religiosa suele estar determinada por el equinoccio; el equinoccio de Angkor Wat durante el cual el sol sale en una alineación perfecta sobre Angkor Wat en Camboya es un ejemplo de ello.

Las iglesias católicas, desde las recomendaciones de Carlos Borromeo, han elegido el equinoccio como punto de referencia para la orientación de las iglesias.

Efectos en los satélites

Un efecto de los períodos equinocciales es la interrupción temporal de los satélites de comunicaciones. Para todos los satélites geoestacionarios, hay algunos días alrededor del equinoccio cuando el Sol pasa directamente detrás del satélite en relación con la Tierra (es decir, dentro del ancho del haz de la antena de la estación terrestre) durante un breve período cada día. El inmenso poder del Sol y el amplio espectro de radiación sobrecargan los circuitos de recepción de la estación terrestre con ruido y, según el tamaño de la antena y otros factores, interrumpen o degradan temporalmente el circuito. La duración de esos efectos varía, pero puede oscilar entre unos minutos y una hora. (Para una banda de frecuencia dada, una antena más grande tiene un ancho de haz más estrecho y, por lo tanto, experimenta ventanas de "interrupción solar" de menor duración).

Los satélites en órbita geoestacionaria también experimentan dificultades para mantener la energía durante el equinoccio porque tienen que viajar a través de la sombra de la Tierra y dependen únicamente de la energía de la batería. Por lo general, un satélite viaja al norte o al sur de la sombra de la Tierra porque el eje de la Tierra no es directamente perpendicular a una línea que une la Tierra con el Sol en otros momentos. Durante el equinoccio, dado que los satélites geoestacionarios están situados sobre el ecuador, están a la sombra de la Tierra durante la mayor parte del año.

Equinoccios en otros planetas

Cuando Saturno está en equinoccio sus anillos reflejan poca luz solar, como se ve en esta imagen por Cassini en 2009.

Los equinoccios se definen en cualquier planeta con un eje de rotación inclinado. Un ejemplo dramático es Saturno, donde el equinoccio coloca su sistema de anillos de canto frente al Sol. Como resultado, son visibles solo como una línea delgada cuando se ven desde la Tierra. Cuando se ven desde arriba, una vista vista durante un equinoccio por primera vez desde la sonda espacial Cassini en 2009, reciben muy poca luz solar; de hecho, reciben más brillo del planeta que luz del Sol. Este fenómeno ocurre una vez cada 14,7 años en promedio y puede durar algunas semanas antes y después del equinoccio exacto. El equinoccio más reciente de Saturno fue el 11 de agosto de 2009 y el próximo tendrá lugar el 6 de mayo de 2025.

Los equinoccios más recientes de Marte fueron el 7 de febrero de 2021 (primavera del norte) y el 24 de febrero de 2022 (otoño del norte).