La navegación astronómica

La navegación astronómica por la esfera celeste, una rama de la astronomía aplicada, es el arte y la ciencia de encontrar una posición geográfica por medio de observaciones astronómicas, especialmente por medición de las alturas de los cuerpos celestes (el Sol, la Luna, los planetas o las estrellas) sobre el horizonte del observador.Un observador que contemple el firmamento nocturno sin poseer conocimientos de geografía ni de astronomía puede tener espontáneamente la impresión de encontrarse sobre un plano y estar situado en el centro de una enorme semiesfera hueca, con los cuerpos celestes pegados sobre su superficie interior. En realidad, este modelo simplista del universo se mantuvo actualizado y en uso durante milenios y fue desarrollado por los astrónomos de la antigüedad hasta un altísimo grado de perfección. Incluso hoy en día se trata de una herramienta totalmente en uso para la navegación astronómica cuando los navegantes miden posiciones aparentes de los astros sobre el firmamento, igual que los antiguos astrónomos, y no su posición absoluta en el espacio.La posición aparente de un astro sobre la esfera celeste se define por un sistema de coordenadas referidas al horizonte.

En este sistema el observador se sitúa en el centro de una gran esfera ficticia y hueca, de diámetro infinito y denominada esfera celeste , que se divide en dos hemisferios por el plano que representa el horizonte celeste

(Fig. 1-1)

La altura H es el arco de círculo máximo medido desde y sobre el horizonte celeste hasta el astro, desde 0º hasta +90º cuando el astro está sobre el horizonte (astro visible) y desde 0º hasta -90º cuando se encuentra bajo el mismo (astro invisible). La distancia cenital “z” es el arco de círculo vertical entre el astro correspondiente y el cenit, un punto imaginario, situado verticalmente sobre la cabeza del observador. La distancia cenital se mide de 0º hasta 180º. El punto opuesto al cenit se llama nadir (z = 180º). H y z son ángulos complementarios (H+z = 90º).

El azimut verdadero, Azv es la demora o dirección de la proyección vertical del astro sobre el horizonte, medido desde 0º hasta 360º en el sentido de las agujas del reloj.

1.2

El horizonte celeste, racional, geocéntrico o verdadero es el plano horizontal que pasa por el centro de la Tierra, el cual coincide también con el centro de la esfera celeste. El horizonte geoidal es el plano horizontal tangente a la Tierra en la posición del observador. El horizonte sensible es el plano horizontal que pasa por la visual del observador. Estos tres planos horizontales son todos paralelos entre sí.El horizonte sensible coincide con el geoidal cuando la visual del observador se encuentra sobre el mar o en la línea de base. Ambos horizontes suelen coincidir casi el uno con el otro; pueden considerarse idénticos para cuestiones de orden práctico. Ninguno de los planos horizontales mencionados arriba coincide con el
horizonte visible, aparente o de la mar ,que es la línea sobre la cual la superficie de la Tierra parece encontrarse con el cielo.

Los cálculos de navegación astronómica siempre se refieren a la altura geocéntrica de un cuerpo celeste. La altura medida por un observador ficticio situado sobre el plano del horizonte celeste con respecto al centro de la Tierra, coincidente con el centro de la esfera celeste.

Por ello mismo, no existe la posibilidad de medir directamente la altura geocéntrica. Ha de ser deducida de la altura referida al horizonte visible (aparente o de la mar) o al sensible (correcciones de altura, capítulo.El sextante náutico es el instrumento adecuado para tomar la medida de las alturas de los astros con respecto al horizonte aparente, visible o de la mar. Aquellos instrumentos que disponen de algún tipo de horizonte artificial miden la altura sobre el horizonte sensible (capítulo 2).La altura y la distancia cenital de un astro dependen de la distancia entre el observador terrestre y la posición geográfica del astro GP es el punto imaginario de intersección de la superficie terrestre con la línea recta imaginaria trazada desde el astro al centro de la Tierra llamado punto astral o polo de iluminación del astro.Un astro aparece en el cenit (z=0º; alt.=90º) cuando su GP coincide con la posición del observador. Así, un observador terrestre que se desplazara desde la posición GP, observaría que la altura del astro decrece a medida que aumenta su distancia al polo de iluminación del astro.

(C, en la Fig. 1-3 ),

El astro se encontraría sobre el horizonte celeste (alt.=0º; z=90º) cuando el observador se hubiese desplazado desde GP una distancia correspondiente a la cuarta parte del perímetro total de la circunferencia de la Tierra.Para una altura de un astro hay infinitas posiciones que tienen la misma distancia a GP y éstas forman un círculo sobre la superficie de la Tierra, cuyo centro está sobre la línea C-GP.

Este mal llamado círculo se denomina “circunferencia de alturas iguales”.Un observador que recorriera una circunferencia de alturas iguales mediría una altura y una distancia cenital constante para el astro en cuestión, independientemente de donde se encuentre sobre dicha circunferencia. El radio “r” de la misma, medido a lo largo de la superficie terrestre, es directamente proporcional a la distancia cenital “z” observada.

Fig. 1-4

r [nm ]=60⋅ z [º],o bien, r[km]= Perímetro Terrestre[km]⋅z [º] /360º

Una milla náutica (1 Mn=1,852 km) es la distancia correspondiente a un minuto de arco del círculo máximo terrestre. El perímetro de la Tierra tiene 40.031,6 km de longitud. Los rayos luminosos originados por objetos muy distantes (estrellas) son prácticamente paralelos entre sí cuando alcanzan la superficie terrestre. Por ello la altura sobre el horizonte es prácticamente coincidente con la del horizonte celeste. No, en cambio los rayos procedentes de astros relativamente cercanos, como los incluidos en el Sistema Solar. Ello nos conduce a diferencias considerables al medir ambas alturas (paralaje). El efecto es máximo cuando se observa la Luna, que parece muy cercana a la Tierra

El azimut de un astro depende de la posición del observador en la circunferencia de alturas iguales y puede asumir cualquier valor entre 0º – 360º.Cada vez que medimos la altura o la distancia cenital de un astro hemos obtenido información parcial sobre nuestra propia posición geográfica porque saberemos que estamos en algún lugar de una circunferencia de alturas iguales con radio “r” y el polo de iluminación en GP, la posición geográfica del astro. Obviamente, la información disponible sobre nuestra posición hasta este momento es muy incompleta, pues podemos estar en cualquier lugar de la circunferencia de alturas iguales, que incluye un número infinito de posiciones posibles y es por ello por lo que se denomina un círculo de posición. Continuamos nuestro experimento mental observando un segundo astro a continuación del primero; lógicamente nos encontraremos entre dos circunferencias de alturas equidistantes. Ambas se cortan en dos puntos comunes sobre la superficie terrestre y solo uno de los puntos de intersección representa nuestra propia situación (Fig. 1-5a).

Teóricamente, ambas circunferencias podrían también resultar tangentes entre sí, aunque esta circunstancia sea altamente improbable.En principio, no es posible diferenciar cual de las dos posibilidades de corte representa nuestra posición verdadera, a no ser que dispongamos de alguna información adicional. Por ejemplo, si tenemos una posición estimada o una demora a alguno de los astros observados.

El problema para esta ambigüedad puede resolverse también por observación de un tercer astro, porque las tres circunferencias de alturas iguales solo coincidirán en un solo punto.

FIG 1-5

Teóricamente podemos encontrar nuestra posición por representación gráfica de las circunferencias de alturas iguales. Este método ha sido utilizado en el pasado, pero abandonado después por impracticable. Medidas precisas requieren un globo realmente demasiado grande. Representar circunferencias de alturas iguales sobre una carta sólo es posible si sus radios son suficientemente pequeños. Este método ha sido utilizado alguna vez en aquellas ocasiones en que la toma de alturas no ha sido fácil de medir. En la mayoría de los casos estas circunferencias de alturas iguales tienen diámetros de varios miles de millas náuticas y no pueden representarse sobre cartas convencionales.

Además, representar circunferencias sobre una carta plana resulta muy difícil por las distorsiones geométricas a causa de la proyección cartográfica Desde el momento en que el marino dispone de una situación estimada ya no precisa de una representación grafica de la circunferencia de alturas iguales pero ha de situar sus componentes representativos cerca de la situación estimada.Durante el siglo XIXº, los ingeniosos navegantes desarrollaron métodos para crear líneas rectas (secantes y tangentes a las circunferencias de alturas iguales) cuyos puntos de intersección se aproximan mucho a la situación verdadera. Estos revolucionarios sistemas, que marcaron el inicio de la navegación astronómica moderna, serán explicados más adelante