Calendario

La primera referencia a una meridiana solar la encontramos en De Architectura de Vitruvio, aunque el término no tiene el sentido que más adelante se le daría, sino que se usa como elemento constructivo del analema. El tiempo haría que meridiana y analema al mediodía terminasen identificados. En esencia, la meridiana como instrumento es algo tan simple como un objeto o hendidura que se usa para estudiar la sombra (o luz) del sol que proyecta cada mediodía. Dicha figura forma un ocho alargado precisamente en la dirección de las meridianas terrestres. Su construcción, pues, puede ser muy sencilla, y un instrumento así nos proporciona información valiosa, como la determinación de la fecha. En efecto, la sombra más corta marca sobre el suelo el solsticio de verano, y la más alargada el de invierno. Entre ambas marcas, se puede ir señalando el día del año, que se repetirá -casi, habría que anotar- en los años sucesivos, a modo de calendario.

Meridiana del Hotel Victoria. Fuente: Wikipedia (Harlock81)

Sin embargo, sus posibilidades no se agotan en ser un mero calendario solar. En el siglo XVII el interés por dicho instrumento conoce un curioso renacimiento. Kepler acababa de publicar sus descubrimientos, y el debate sobre el heliocentrismo sacudía la astronomía. Más allá de los propios cálculos del alemán, fue precisamente uno de los científicos dudosos respecto a sus ideas quien aportaría la primera demostración de su segunda ley. Quizás Giovanni Cassini pretendía probar que el Sol giraba alrededor de la Tierra, pero lo que obtuvo fue una evidencia de lo contrario.
Me explico: desde antiguo se sabía que el Sol parecía moverse sobre el cielo más lentamente durante los meses de verano. La creencia antigua decía que tal hecho se debía meramente a una cuestión de perspectiva, ya que durante esos días el astro está más lejos de la Tierra (si te ha extrañado esta frase, debes leer el porqué de las estaciones antes de continuar). Según Kepler, no se trata sólo de eso: nuestro planeta se mueve efectivamente más rápido al acercarse al Sol. Para comprobar si tenía razón -o demostrar que estaba equivocado- había que medir durante el año las variaciones de su diámetro, las de su sombra, y llevar a cabo algunas cuentas. Y Cassini se puso manos a la obra, pero necesitaba medidas muy precisas de la meridiana, tan precisas como le fuera posible.
Había en realidad otros intereses adicionales que se sumaban al proyecto: la determinación exacta de la duración del año solar no era menos importante, ya que de ello depende el calendario, y llevaba asociada la eterna preocupación de la Iglesia por la determinación de la fecha de la Pascua. Pues bien, para efectuar estas mediciones con la mayor precisión, Cassini necesitaba una meridiana lo más grande posible. Y le parecieron suficientes unos 27 metros. A esa altura, en la Basílica de San Petronio, en Bolonia, practicó un agujero de dos centímetros y medio, que proyectaría una sombra sobre el suelo capaz de extenderse en verano hasta casi 67 metros. Todavía hoy sigue siendo la más larga del mundo.
En realidad, tal proyecto en la basílica lo inició 75 años antes Ignacio Danti, quien después formase parte de la comisión de la que nació el calendario gregoriano. Sin embargo, tuvo que ser demolido por una ampliación. Cuando Cassini estudió su reconstrucción, no se conformó con la altura original del gnomon (la abertura), sino que quiso elevarlo un tercio más. Puede parecer sencillo, pero en realidad se trataba de una osadía: el templo no mira exactamente al sur, y la meridiana caía pues en diagonal. Para hacer dicha ampliación el astrónomo tuvo que hallar una posición crítica en la fachada de modo que la luz discurriese de forma muy ajustada entre las columnas.

Meridiana de San Petronio

Aunque Cassini evidenció con sus cálculos la validez de la segunda ley de Kepler, su condición de italiano no le permitía adoptar a la ligera la postura geocéntrica. Por esta razón terminaría concluyendo que “il Sole o, il che è la stessa cosa, la Terra, può essere trattato come un pianeta, come affermato da Copernico” [el Sol, o equivalentemente, la Tierra, puede tratarse como un planeta, como defendía Copérnico].

Publicación de Giovanni Domenico Cassini en openlibrary.org: La meridiana del templo de San Petronio.

El Sol no realiza la misma trayectoria en el cielo todos los días. Es bastante conocido que, en verano está más alto que en invierno. Si sacásemos una foto todos los días a la misma hora, lo veríamos ascender y descender entre solsticio y solsticio. Menos personas saben de un segundo movimiento aparente, ocasionado por la variación anual del día solar; el que la órbita terrestre no sea circular produce ciertos adelantos y atrasos con respecto a la hora civil que se recogen en la ecuación del tiempo. Así, en esa foto en la que que intentábamos sorprender al Sol cada día a la misma hora, no vemos quieto al astro, sino que éste dibuja una especie de ocho alargado. A esta figura se denomina analema. Debido, por ejemplo, a este movimiento aparente, no coinciden el día más largo del año con la hora más temprana del amanecer, o la noche más breve con el ocaso más tardío.

Analema. Fuente: Wikipedia (jailbird).

Hay muchas formas de obtener esa figura. Marquemos todos los días sobre el suelo, a la misma hora, la posición donde cae la sombra de un objeto puntual (el extremo de un poste clavado en el suelo, por ejemplo); o en un recinto cerrado, el haz de luz que proyecta una pequeña abertura; o la posición del Sol en una ventana, visto desde el mismo sitio. Todas estas figuras, proyectadas a veces en superficies curvas, son denominadas analemas, y así también se designa el instrumento para medirlas. Si éste representa la posición del Sol justo al mediodía se trata de una meridiana solar. Un reloj construido así no sirve para determinar la hora, sino la fecha, y se han utilizado para determinar ciertos eventos calendáricos, como la fecha de la Pascua. Pero de esto ya hablaremos en otra ocasión. En su origen el término analema designaba a los relojes de sol que trazaban los analemas, valga la redundancia, de distintas horas del día (o las trayectorias diarias del Sol para distintas fechas).

Es un error por suerte infrecuente, pero hay quien atribuye las diferentes temperaturas de cada estación a la variación de la distancia de la Tierra al Sol. Es cierto que el planeta, al recorrer una elipse, está unas veces más cerca que otras del astro, pero estas diferencias son del todo insignificantes. La excentricidad de la órbita es muy pequeña (el eje mayor es apenas una diezmilésima parte más largo que el menor) y no afecta al clima del planeta. Más aún, el afelio de la Tierra, es decir el momento en que se encuentra más alejada del Sol, se da a primeros de julio, justamente en verano en el hemisferio norte. Y todavía se puede argumentar más, mientras en esa parte del globo es verano, la otra vive justamente en invierno. Y esto es así porque lo que verdaderamente produce el curso de las estaciones no es la órbita de la Tierra, sino la inclinación de su eje de rotación.
La explicación es simple. Una superficie recibe más luz, y por tanto se calienta más, cuando está en posición perpendicular a los rayos que inciden sobre ella. Para explicarlo gráficamente, hemos representado en la figura siguiente el mismo área iluminada por una fuente que incide perpendicularmente en el primer caso o con una inclinación de 30º en el segundo. En este último se puede ver que los rayos que llegan a la superficie son muchos menos.

Por esta razón en los polos hace más frío que en el ecuador: al llegar la luz solar más rasante es menor la cantidad que incide sobre ellos. Pero, puesto que el eje de rotación de la Tierra está inclinado unos 23 grados, tampoco recibimos a lo largo del año la misma cantidad de luz, sino que depende de la dirección desde dónde nos llegue; esto es, en qué punto de la órbita se encuentre el planeta. Así, el 20 o 21 de junio, en lo que llamamos el solsticio de verano, la luz del Sol nos llega desde un punto más elevado a los que vivimos en el hemisferio norte:

En dicha fecha la noche es más breve que en ninguna otra del año, y el día más largo. El caso extremo se da en las latitudes polares, en las que, como podemos comprobar por la figura, por más que gire la Tierra el sol no llega a ponerse. Por supuesto, lo dicho tiene validez sólo para el hemisferio norte. En dicha fecha, en el hemisferio sur comienza el invierno y se da la noche es la más larga del año, tanto más prolongada conforme más nos acercamos al Polo Sur, hasta el punto de vivir en la Antártida una noche que se prolonga durante varios meses.
Medio año después, el 22 o 23 de diciembre, la Tierra se sitúa en el punto de la órbita diametralmente opuesto. Eso quiere decir que su eje sufre una inclinación semejante pero en dirección contraria respecto al Sol:

En dicha fecha sucede lo contrario: el tiempo de luz diurna habrá menguado en el hemisferio norte hasta alcanzar su mínimo, y la incidencia de los rayos del sol será muy sesgada, calentando menos la tierra y dando inicio a un periodo de mayor frío al que llamamos invierno. En el hemisferio sur, estaremos comenzando el verano.
Hay otras dos fechas importantes asociadas a los solsticios: se trata de aquéllas en las que el día y la noche alcanzan a tener exactamente la misma duración. El eje terrestre adopta una inclinación de 90 grados respecto al que une a la Tierra y el Sol. Tales fechas son los denominados equinoccios (el de primavera tiene lugar en 20 o 21 de marzo, y el de otoño el 22 o 23 de septiembre, y en ellas se da inicio a una nueva estación). En la siguiente figura se recogen los cuatro momentos de los que hemos hablado: