¿Cómo saber qué polo de un planeta es el polo * norte *?

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El problema de saber mucho sobre astronomía, cualquier tema, en realidad, es lo que pensar tu sabes que tu realmente no .



A saber: el actor y comediante Dave Foley vio recientemente una de las magníficas imágenes de Juno del polo sur de Júpiter, e hizo una pregunta bastante destacada :

Si hace clic en eso para leer el hilo, verá que alguien me '@ -ed' para ver si lo sabía. respondí con la respuesta que siempre he usado:







Pero entonces @Dr Zig respondió :

medios de comunicación de sentido común de world of warcraft

¡Oye! ¡Eso fue una novedad para mí! Entonces respondí :

Entonces, ¿qué significa todo esto? ¡Aquí viene la ciencia!

Si toma una esfera perfecta y simplemente la mira, en todas partes de su superficie es exactamente igual. Están todos a la misma distancia del centro, y esa es su única característica definitoria. Como diría un físico, no hay puntos preferidos (especiales) en la superficie. Cada lugar es como cualquier otro lugar.





Pero si lo haces girar, como por arte de magia (¡pero ciencia!) Aparecen dos puntos especiales: Los polos. Aquí es donde el eje de rotación se cruza con la superficie de la esfera. Hay muchas formas de pensar en los polos; por ejemplo, en cualquier otro lugar de la esfera giratoria, un punto formará un círculo en el espacio a medida que se mueve alrededor del eje de rotación. Pero en los polos no lo hacen. Simplemente giran en su lugar.

Los dos polos son diferentes entre sí en un sentido: si miras desde arriba de la superficie hacia un polo, la esfera parecerá girar en el sentido de las agujas del reloj, y si miras hacia abajo en el otro polo, parecerá que gira en el sentido contrario a las agujas del reloj.

La Tierra es una esfera, y si estuvieras flotando en el espacio por encima del norte polo, la Tierra parece girar en sentido antihorario. Desde arriba del Sur polo gira en el sentido de las agujas del reloj.

[Nota: no hay arriba o abajo en el espacio, así que en estos casos cuando digo 'sobre algo' me refiero a que tienes cierta altitud sobre la superficie en relación con el centro de la Tierra. Es fácil pensar en el polo norte como arriba y el polo sur abajo, pero eso es simplemente poleísmo (una palabra que acabo de inventar); es un prejuicio inherente porque la mayoría de la gente vive en el hemisferio norte. Si el colonialismo hubiera comenzado en, digamos, Australia, y se hubiera extendido por todo el mundo, nuestros mapas probablemente estarían al revés en relación con lo que estamos acostumbrados].

Da la casualidad de que eso también es cierto para la mayoría de los planetas y el Sol, por lo que tuiteé lo que hice. Pensé que el polo norte estaba definido por el planeta en sí, ¡pero ese no es el caso!

La Unión Astronómica Internacional es el Guardián oficial de Nombres y Reglas y Tales ™ para la astronomía, y tienen una definición para el polo norte de un objeto giratorio . Está realmente definido usando la Tierra y el Sol como base , por lo que hay dos pasos.

Una es que utiliza la ubicación aceptada del polo norte de la Tierra, a 90 ° de latitud norte en el Ártico. Bien, bastante fácil. Pero luego dicen que el polo norte de otro planeta es el que se encuentra en el mismo hemisferio celeste en relación con el plano invariable del sistema solar que el De la tierra Polo Norte.

Está bien, ¡ay! Que hace ese ¿significar?

Animación que muestra la Tierra girando en la esfera celeste imaginaria, la apariencia esférica del cielo que nos rodea. Los polos de la Tierra apuntan a los polos celestes del cielo. Crédito: Tfr000 / Wikimedia Commons

Animación que muestra la Tierra girando en la esfera celeste imaginaria, la apariencia esférica del cielo que nos rodea. Los polos de la Tierra apuntan a los polos celestes del cielo. Crédito: Tfr000 / Wikimedia Commons

Primero, percibimos el cielo como una esfera a nuestro alrededor , como si estuviéramos viendo el interior de una enorme cáscara esférica. ¡Eso es realmente una presunción útil! Debido a que la Tierra gira, parece que el cielo gira a nuestro alrededor, haciendo que las estrellas se eleven y se pongan. Y eso también define un celestial Polo Norte; el punto en el cielo directamente sobre el polo norte de la Tierra. También es el punto en el cielo alrededor del cual las estrellas parecen girar. Eso significa que también hay un polo sur celeste y un ecuador. Incluso podemos proyectar la latitud y longitud de la Tierra hacia el cielo, creando una cuadrícula de coordenadas que llamamos (por razones históricas) ascensión recta y declinación . De esa manera, podemos medir las coordenadas de una estrella en el cielo del mismo modo que puedes dar las coordenadas de una ciudad en la superficie de la Tierra.

Entonces, cualquier estrella al norte del ecuador celeste está en el hemisferio celeste norte, al igual que cualquier ciudad al norte del ecuador de la Tierra está en el hemisferio norte.

Bien, entonces, ¿cuál es el plano invariable del sistema solar? Esta es una forma inteligente de configurar un método para mapear cosas en el sistema solar. El sistema solar es tridimensional, por lo que necesitamos usar tres coordenadas. Pero también necesitamos un origen (el punto cero) para ese sistema, así como una forma de definir el plano x-y.

Los astrónomos decidieron utilizar el momento angular total del sistema solar para definir ese plano. Entonces que es ¿ese? Es muy parecido al impulso lineal con el que estás familiarizado. Si un objeto se mueve, tiene impulso. Hay una definición rigurosa de él, pero en pocas palabras, es la masa del objeto multiplicada por su velocidad. Si tiene dos objetos de la misma masa pero uno se mueve más rápido, tiene más impulso. Si tiene dos objetos a la misma velocidad pero uno es más masivo, tiene más impulso.

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El momento angular es así, excepto que se trata del momento de rotación de un objeto. Si tiene dos esferas de acero idénticas, pero una gira más rápidamente, tiene más momento angular. Esto se complica, y parte de ello depende de la distribución de masa dentro de una esfera, pero podemos ignorar eso aquí.

Esto también es cierto para los sistemas de objetos. El Sol tiene momento angular porque gira, pero el propio sistema solar tiene momento angular porque los planetas orbitan alrededor del Sol (y también giran, aunque eso es un factor pequeño en comparación con sus órbitas). Todas las órbitas están inclinadas entre sí, pero todas se suman al momento angular general del sistema.

Una representación bastante fantasiosa del sistema solar (nota: nada está a escala), que muestra cómo los planetas orbitan alrededor del Sol en casi el mismo plano. Crédito: Harman Smith y Laura GenerosaAcercarse

Una representación bastante fantasiosa del sistema solar (nota: nada está a escala), que muestra cómo los planetas orbitan alrededor del Sol en casi el mismo plano. Crédito: Harman Smith y Laura Generosa

Si solo tuvieras un planeta orbitando al Sol, el plano de esa órbita definiría el plano del momento angular. Sin embargo, con múltiples planetas en inclinaciones orbitales ligeramente diferentes, cada uno de ellos contribuye, alterando ese plano. El plano invariable es lo que obtienes cuando agregas todas las contribuciones de todos los planetas (y la luna, asteroides, etc.). Júpiter es el mayor contribuyente, pero los otros gigantes del gas también juegan un papel importante.

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Si eso es demasiado para manejar (¡lo que entiendo totalmente!), Entonces piénselo de esta manera: hay una manera de definir un plano que es como el ecuador del sistema solar. Es matemático y complicado, pero es lo que usamos, y lo llamamos el plano invariable.

El plano invariable está muy cerca de ser el mismo que el ecuador del Sol, si eso le ayuda a imaginarlo. Aquí está la parte importante: Definimos 'norte del plano invariable' como el hemisferio que contiene el polo norte celeste de la Tierra. .

Ahora estamos listos para obtener la definición de IAU: el polo norte de cualquier planeta es el polo que apunta hacia algún lugar en la parte norte del cielo en relación con el plano invariable.

El Sol gira y tiene un polo que apunta hacia la parte norte del cielo en relación con el plano invariable, por lo que ese es el polo norte del Sol. Lo mismo para cualquier planeta, luna, asteroide, cometa o lo que sea.

OK, como definición lo entiendo. Pero no me gusta.

¿Por qué? Porque según esa definición, Venus y Urano tienen polos norte que apuntan en la misma dirección que la Tierra ... pero Venus y Urano están al revés . No sabemos por qué, pero lo son. Entonces, si te diriges al espacio en la dirección norte del plano invariable y miras hacia abajo a los planetas, los verás a todos girando en sentido contrario a las agujas del reloj, excepto Venus y Urano.

Personalmente, eso significa para mí que están al revés. Eso a su vez significa que sus polos sur apuntan en la dirección de nuestro hemisferio norte. Eso tiene sentido para mi.

Pero la definición de la IAU dice que no. Sus polos norte, por definición, apuntan al mismo hemisferio que el nuestro. Eso significa que no están al revés, significa que giran hacia atrás.

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Puede ser un punto sutil, pero físicamente es importante. Dar la vuelta a un planeta es difícil, pero es MUCHO más fácil que detenerlo y volverlo a girar en la dirección opuesta (a pesar de lo que Superman: la pelicula te haría creer).

Entonces, para mí, prefiero definir los polos de un planeta por la forma en que gira. Si está por encima de su polo norte, gira en sentido antihorario. Eso pone a Venus y Urano al revés.

A medida que la Tierra gira, las estrellas parecen formar círculos en el cielo alrededor de los polos. Las exposiciones largas revelan este movimiento, como este extraordinario del polo norte celeste sobre el puente Golden Gate en San Francisco. Crédito: Rogelio Bernal AndreoAcercarse

A medida que la Tierra gira, las estrellas parecen formar círculos en el cielo alrededor de los polos. Las exposiciones largas revelan este movimiento, como este extraordinario del polo norte celeste sobre el puente Golden Gate en San Francisco. Crédito: Rogelio Bernal Andreo

Notaré que estaba investigando este artículo y descubrí que En 2009, la IAU cambió las reglas para los cuerpos menores en el sistema solar. como asteroides, cometas y luna. ¡Los polos de estos objetos están definidos por la dirección de giro! Excepto que en lugar de polos norte y sur, los llaman polos positivo y negativo. Para definirlos, utilizan la 'regla de la mano derecha': doble los dedos de la mano derecha como si estuviera sosteniendo una taza de café. Si el objeto gira en la dirección que apuntan sus dedos, su pulgar es la dirección del polo positivo. Si lo piensas, es exactamente lo mismo que mi definición: mira hacia abajo en el polo positivo y el objeto gira en sentido antihorario, pero esa regla es solo para cuerpos menores (pueden tener giros más complicados que los planetas, porque pueden voltearse , caída, etc., cambiando sus polos en escalas de tiempo cortas). Para los planetas, la definición de IAU es independiente de la dirección del giro de un planeta. Dice que el polo norte del planeta es el que está en el hemisferio norte del cielo como lo define la Tierra.

Eso parece… egocéntrico.

Pero lo entiendo. Necesitamos una definición y esa funciona. Creo que el mío es más simple y menos probable que cause confusión, pero no causar confusión no es una gran motivación para la IAU, creo a veces. Sin embargo, los astrónomos necesitan una definición para asegurarse de que todos estamos en la misma página, y al menos con esta definición, lo estamos.

Así que usé esos tweets como una excusa para escribir sobre esta regla oscura pero importante, pero para ser honesto, lo esotérico no es lo que creo que la gente debería sacar de todo esto.

Entré en esa conversación de Twitter (¡invitado!) Y dije lo que pensé que era correcto, pero no lo era. ¡Aprendí algo! Eso es genial. Me encanta aprender cosas, especialmente cuando eso significa que puedo reemplazar algunos conocimientos defectuosos por otros precisos.

Pero incluso eso no es lo que quiero que te lleves. No es un conocimiento nuevo, sino esta pregunta:

Cuánto pensar tu sabes que tu hacer sabes, y que sabes pensar tu sabes que tu realmente no saber en absoluto?