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En esta página vamos a definir algunos conceptos muy directamente implicados en la construcción de cuadrantes solares, y cuya correcta comprensión es imprescindible conocer.
Lo mismo que hay una simetría anual de insolación, hay también una simetria diaria de soleamiento en torno a la meridiana de un lugar, o sea que a periodos de tiempo igualmente separados del mediodía y de la posición Sur, se dan las mismas alturas solares y por lo tanto los rayos proyectados tienen el mismo valor sobre el horizonte. Esto hace que las señales horarias de los relojes horizontales, los relojes verticales orientados y los ecuatoriales, sean las mismas a ambos lados de la meridiana. La altura solar es el ángulo de elevación del Sol sobre el horizonte del punto de observación; se mide de 0º a 90º en el hemisferio N. y de 0º a -90º en el S.; la altura puede sustituirse por la distancia zenital (90º - Altura), y la declinación por la distancia polar (90º - Declinación).
Hemos mencionado el punto de observación. Se trata del punto de la superficie terrestre donde se ubica el reloj. También conviene definir dos puntos llamados cenit y nadir. El cenit es el punto del hemisferio celeste que cae verticalmente sobre el punto de observación, o sea la prolongación en el espacio del radio terrestre en ese lugar. El nadir es el punto diametralmente opuesto. El plano horizontal tangencial a la superficie terrestre y perpendicular a la línea de plomada es el horizonte real o sensible. La salida del Sol sucede cuando el astro aparece sobre el horizonte, y el ocaso cuando desaparece debajo del mismo. También es importarte el azimut solar, que es la dirección de los rayos solares, y se mide en el plano horizontal en relación al Sur -que son los 0º- y hacia el Oeste -donde alcanza los 90º-; en el Este toma el valor de 270º y al llegar al Sur toma los 360º / 0º.
La meridiana del lugar ya mencionada es el círculo vertical que pasa por el punto de observación y a la vez por los polos y por el cenit y el nadir, o sea la recta intersección del plano meridiano del lugar con el horizontal. Cada punto terrestre tiene su meridiano local; la mitad semicircular que pasa por el cenit se llama meridiano superior y la opuesta meridiano inferior. Esta línea nos determina pues las direcciones Norte-Sur, y la perpendicular horizontal a esa línea nos indica el Este y el Oeste. El Sol alcanza su posición más alta diaria al llegar a la meridiana del punto de observación, cuando se produce la culminación superior, determinando el punto Sur geográfico y el mediodía local verdadero. La culminación superior diaria va mudando sus valores en igual medida que la declinación, o sea que en equinoccios el centro del Sol se dirige hacia el ecuador, y en cada uno de los solsticios cae en vertical sobre los paralelos de los trópicos respectivos.
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Es importante también saber materializar sobre el punto de observación una línea paralela al eje del mundo, imprescindible para colocar un gnomon. Es tan simple como elevar sobre el plano del horizonte, situados en la meridiana y midiendo desde el Norte, un ángulo igual a la latitud del lugar. Para materializarla en un plano vertical orientado al Sur, el ángulo alzado será igual a la colatitud del lugar (90º - Latitud).
Tanto en esta página como en la anterior hemos podido saber que la Tierra gira sobre sí misma y que a la vez orbita alrededor del Sol, y que ello genera que la posición solar cambie cada día sobre la bóveda celeste. Sin embargo la sombra del gnomon de un reloj de sol cae todos los días en el mismo sitio a la misma hora. ¿Cuál es la misteriosa explicación de este fenómeno?
Para conocerla vamos a definir el concepto de círculo horario: es toda circunferencia celeste que pasa también por la superficie terrestre y por el eje del mundo, como la meridiana. El círculo horario va girando siguiendo el movimiento aparente del Sol, y por lo tanto completa una vuelta al día sobre la Tierra. Como la posición del Sol cambia cada día, esto produce una trayectoria anual de cada hora en particular, que se materializa en el espacio en forma de curva horaria, y que forzosamente tiene que estar incluida en el círculo horario, o sea ser un tramo de este círculo.
Hemos dicho que el gnomon es una varilla paralela al eje terrestre, y como las líneas horarias también forman planos paralelos al gnomon o convergentes a él, pues resulta que varilla y líneas horarias forman un plano que coincide con el descrito círculo horario, y así el plano de las sombras depende directamente del círculo horario, que contiene la curva horaria con todas las posiciones anuales del Sol para una misma hora, y así al girar diariamente el círculo horario lo hace también el plano de sombras y queda resuelto el misterio del marcado de la horas. La distinta posición diaria del Sol sobre la curva horaria produce en la superficie del cuadrante una variación anual en las direcciones y las longitudes de las sombras que se aprovechan para indicar las líneas calendáricas u otras cosas de interés. La última imagen es un gráfico que muestra cómo se colocan y orientan dos tipos de relojes de sol de los más simples, uno horizontal y otro vertical meridional.
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Es fundamental averiguar la latitud del lugar -arco del meridiano local situado entre el ecuador y el punto de observación- que se mide entre 0º y 90º en el hemisferio Norte y 0º a -90º en el Sur; y también la longitud del lugar -arco de paralelo situado entre el meridiano de Greenwich (0º) y el meridiano local de instalación del reloj- que se mide en grados (desde el meridiano 0º hasta 180º hacia el Este o hacia el Oeste, o bien en tiempo (desde 0h hasta 12h hacia el Este o el Oeste). Lo mejor es usar alguna de las herramientas de busqueda que hay disponibles por internet, como por ejemplo este atlas mundial. Debido a las limitaciones de esta guía nos es imposible ahondar en materia cosmográfica, pero vamos a dar un par de enlaces para quien quiera profundizar: uno es un Tratado de Cosmografía del s. XVIII que puede consultarse online, y unas Nociones de Cosmografía en formato PDF que puede bajarse. Además les recuerdo que tenemos una sección de enlaces a webs de astronomía, entre ellas el Curso de Astronomía de Jordi Mas.
En las siguientes páginas analizaremos el concepto de tiempo y conoceremos los distintos tipos de horarios.
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