• Debo bajar al mar de nuevo
  Hacia los solitarios mar y cielo
  Y todo lo que pido es un alto navío
  Y una estrella para su gobierno
  
  Sea Fever de John Masefield
  

 Antes de la era espacial, no obstante, no era tan fácil. Se necesitaba usar el Sol y las estrellas.
 

Averiguar la latitud con la Estrella Polar

Imagínese a sí mismo parado en la noche en un punto P de la Tierra, observando la estrella polar (o, mejor, la posición del polo norte celeste cerca de esta estrella) con un ángulo de elevación l sobre el  horizonte.

El ángulo entre la dirección del polo y el cenit es de (90º-l). Si traza la línea desde el cenit hacia abajo (vea el dibujo) alcanza el centro de la Tierra y el ángulo formado entre la línea y el eje de la Tierra es también (90°-l). 

Por tanto, como indica el dibujo, l es también su latitud.
 

Averiguar la latitud con el Sol al mediodía

    Si está Vd. navegando en un barco en el medio del océano, puede obtener la misma información del Sol al mediodía, probablemente con más precisión, ya que de noche no se puede ver tan claramente el horizonte.

    El Mediodía es cuando el Sol alcanza el punto más alto en su jornada por el cielo. Se cruza con la dirección norte-sur al sur del observador, normalmente, en el hemisferio norte. Debido a que el eje de la Tierra está inclinado con respecto a una línea perpendicular a la eclíptica en un ángulo e = 23.5° , la altura de este punto en el horizonte depende de la estación del año. Suponga que está Vd. en el punto P. Examinamos 3 posibilidades:

    Mire el dibujo e imagine que puede girar 
  el ecuador y el polo norte N
hasta que alcanzan 
   la eclíptica y el  polo de la eclíptica N'.

Entonces todos los ángulos denominados e se pliegan juntos, indicando que son iguales. Vd. tiene

a = l + e y su latitud es

l = a - e = a - 23.5°

a = l - e y su latitud es

l = a + e = a + 23.5°
 

Así, al menos en esas fechas, los navegantes podrían decir cual es su  latitud midiendo la posición del Sol al mediodía.

Al igual que con la estrella Polar, mejor que medir el ángulo a desde el cenit, ¡que no está marcado en el cielo!, es más sencillo medir el ángulo (90°-a) desde el horizonte, que en la mar, habitualmente, está claramente definido. Tales observaciones, conocidas como "medir la altura del Sol", se hacen con un instrumento llamado sextante. Tiene una escala deslizante que cubre 1/6 de un círculo (de ahí su nombre) y un espejo anexo pivotante, que permite una vista dividida: el piloto, moviendo la escala, trae al Sol y al horizonte simultáneamente a la vista y luego lee, por fuera del sextante, el ángulo entre ellos.

Longitud

    En la época de los grandes navegantes, Colón, Magallanes, Drake, Frobisher, Bering y otros, localizar su latitud era una tarea fácil. Los capitanes sabían como usar el Sol del mediodía y antes de que se inventara el sextante, se usaba un instrumento menos preciso llamado alidada.

    La longitud era un hueso más duro de roer. En principio, todo lo que se necesita es un reloj de precisión, ajustado a la hora de Greenwich. Cuando el Sol "pasa el meridiano" al mediodía, solo necesitamos comprobar el reloj: si a la hora de Greenwich son las 3 p.m. (15:00), sabemos que 3 horas atrás era mediodía en Greenwich y, por lo tanto, estamos a una longitud de 15° x 3 = 45º oeste.

Sin embargo, los relojes de precisión requieren una tecnología bastante sofisticada. Los relojes de péndulo pueden medir el tiempo con precisión en tierra firme, pero el balanceo y cuchareo de un barco los hacen inservibles para su uso en la mar. 

    Los relojes sin péndulo, como los de pulsera antes de ser electrónicos, usan un volante de inercia, una pequeña rueda flotante girando adelante y atrás en un ángulo pequeño. Un muelle espiral liso enrollado alrededor de su eje hace retornar al volante a su posición original. El periodo de cada oscilación está así determinado por la tensión del muelle y por la masa del volante y puede entonces reemplazar a la oscilación del péndulo para controlar el movimiento de las manecillas del reloj.

    La gravedad no juega aquí ningún papel y los movimientos del barco también tienen muy poco efecto; como se discutirá en una sección posterior, un sistema vagamente similar fue usado para "pesar" a los astronautas en el medio ingrávido de una estación orbital. Para la navegación, sin embargo, el reloj debe ser muy preciso, lo que es difícil de conseguir: la fricción debe ser mínima y así deben ser también los cambios en las dimensiones del volante y en las propiedades del muelle debidos a las modificaciones de temperatura y otros factores. 

    En los siglos XVII y XVIII, cuando los navíos de Inglaterra, España, Francia y Holanda intentan dominar los mares, el "problema de la longitud" cobra gran importancia estratégica y ocupa a algunas de las mejores mentes científicas. En 1714 Inglaterra anuncia un premio de 20,000 libras, una suma inmensa en aquellos días, por una solución fiable y John Harrison, un relojero británico, consume décadas intentando conseguirla. Sus dos primeros "cronómetros" de 1735 y 1739, aunque fiables, eran piezas de maquinaria delicadas y voluminosas; han sido restaurados y están expuestas al público en el Real Observatorio Astronómico de Greenwich. Solo su 4º instrumento, probado en 1761, demostró ser satisfactorio y fueron necesarios algunos años más antes de recibir el premio. 

    Un sitio amplio y delicioso en la web con la historia del  "problema de longitud" de Jonathan Medwin, se puede encontrar aquí. Otra fuente recomendada es el libro Longitude de Dava Sobel. .

  Historias de la Navegación #1 :   Robert Wood

  Robert Wood fue un profesor de la Universidad Johns Hopkins durante la primera mitad del siglo XX distinguido por su trabajo sobre óptica física y también por su sentido del humor y su amor a los trucos malévolos.

  En septiembre de 1917, Wood y algunos colegas embarcaron para Europa a bordo del vapor Adriatic, para ayudar a los aliados de los Estados Unidos a usar la ciencia en los combates de la Primera Guerra Mundial. Para evitar que los submarinos alemanes interceptaran el barco, su localización fue mantenida en secreto a todo el mundo, incluídos los pasajeros.

  Lo que sigue son las propias notas de Wood, reproducidas en "DoctorWood", de William Seabrook (1940). El libro ya no se edita, pero sigue siendo apropiado para su lectura (si se puede encontrar) por su gran contenido de historias, de las cuales esta es un buen ejemplo.

•   "Navegamos noche tras noche, el tiempo era cada vez más frío, y la Estrella Polar escalaba hacia el zénit. Una tarde se le ocurrió a Colpitts [uno de los científicos en la travesía] que era la noche del equinocio de otoño, en la cual ambas longitud y latitud pueden ser calculadas por la elevación de la Estrella Polar y el momento de la puesta del sol [6 horas después de mediodía]. Hice un cuadrante con dos palitos de madera y un portaángulos. Observando un palito sobre el horizonte y el otro sobre la estrella, determiné su elevación, dada la cual Colpitts, que había medido el tiempo desde la puesta, calculó nuestra posición en unos pocos minutos. Esta noticia se extendió rápidamente, poniendo frenéticos a los oficiales del barco, porque toda información relacionada con el curso que estábamos siguiendo era mortalmente secreta. A la mañana siguiente descubrimos que los oficiales del barco habían ajustado todos los relojes a disposición de los pasajeros adelantándolos en tres cuartos de hora, para confundir y despistar a los científicos que iban a bordo."

    Historias de la Navegación #2 :     Nansen

    Cuando entra en escena la radio, a comienzos del siglo XX, la fiabilidad de los cronómetros se hace menos crítica, porque la radiodifusión de las señales horarias permite que los relojes del buque se ajusten periódicamente. Pero hasta entonces los cronómetros fueron esenciales para una navegación fiable, como lo ilustra la historia siguiente. 

    En 1893 el explorador noruego Fridtjof Nansen sale hacia el polo norte (situado en el helado Océano ártico), en un buque especialmente reforzado, el "Fram". Habiendo estudiado las corrientes del Océano ártico, Nansen permite al "Fram" congelarse en el hielo polar, sobre el que es arrastrado lentamente sobre el agua. Cerca de dos años más tarde, dándose cuenta de que el "Fram" pasaría un poco alejado del polo, Nansen (que estaba preparado para esa eventualidad) abandona el barco con su colega Johansen e intenta alcanzar el polo con trineos sobre el hielo. A unas 400 millas del polo deben dar la vuelta: hibernan en una isla desolada, en un cabaña que construyen ellos mismos con piedras y pieles de morsa y a la primavera siguiente se dirigen a las Islas Svalbard (Spitzbergen).

    Habían estado más de un año en la inmensidad del hielo, completamente fuera de contacto, pero siempre supieron exactamente donde estaban, porque cada uno llevaba un cronometro de cuerda. Pero les acecha el desastre. En un momento de distracción, ambos olvidan dar cuerda a sus cronómetros y se les paran. De repente, ¡estaban perdidos!. Basándose en sus últimas posiciones registradas, hacen conjeturas y ajustan sus relojes, pero el resto del viaje estuvo sembrado de incertidumbre. Afortunadamente, no tienen que ir muy lejos porque, como el azar lo había dispuesto así, encuentran una expedición británica al ártico que los lleva a casa. El "Fram" se libera al borde del hielo casi al mismo tiempo; ahora está en exhibición pública en Oslo.

Exploración Adicional:    #5b  La Alidada

Próxima etapa normal:    #5c  Coordenadas

            Línea del tiempo                     Glosario (en Inglés)

Author and Curator:   Dr. David P. Stern
     Mail to Dr.Stern:   stargaze("at" symbol)phy6.org (English, please).

Spanish translation by J. Mendez and F.Pz.Guinea / fepegui2(símbolo arroba)yahoo.es

Last updated: 12 September 2003