Supongamos que colocaste una cámara en una posición fija,
tomaste una imagen del cielo
a la misma hora cada día durante todo un año
y superpusiste todas las fotos una sobre otra.
¿Qué aspecto tendría el Sol en esa imagen combinada?
¿Un punto estacionario?
¿Una trayectoria circular?
Ninguna de ellas.
Por extraño que parezca, forma este patrón en forma de ocho,
conocido como analema solar,
pero, ¿por qué?
El movimiento de la Tierra crea unos pocos ciclos.
En primer lugar, gira sobre su eje aproximadamente una vez cada 24 horas,
produciendo amaneceres y atardeceres.
Al mismo tiempo, hace un ciclo mucho más lento,
en órbita alrededor del Sol aproximadamente cada 365 días.
Pero hay un giro.
Respecto del plano de su órbita,
la Tierra no gira con el Polo Norte apuntando hacia arriba.
En cambio, su eje tiene una inclinación constante de 23,4 grados.
Esto se conoce como la inclinación del eje terrestre u oblicuidad.
Una inclinación de 23 grados puede no parecer importante,
pero es la razón principal de las diferentes estaciones del año.
Dado que el eje permanece inclinado en la misma dirección
mientras la Tierra traza su órbita anual,
hay largos períodos cada año
en los que la parte norte del planeta queda inclinada hacia el Sol
mientras que la parte sur queda inclinada
y vice versa,
lo que experimentamos como verano e invierno.
Durante el verano en un hemisferio dado,
el Sol parece más alto en el cielo, haciendo los días más largos y cálidos.
Una vez al año, la declinación del Sol,
el ángulo entre el ecuador
y la posición de la Tierra en la que el sol aparece directamente sobre la cabeza
alcanza su máximo.
Este día se conoce como el solsticio de verano, el día más largo del año,
y el único día en que el Sol aparece más alto en el cielo.
Así, la inclinación del eje terrestre
explica en parte por qué el Sol cambia de posición en el cielo
y la longitud del analema
representa el total de 46,8 grados de la declinación del Sol
a lo largo del año.
Pero ¿por qué tiene figura de ocho y no es una línea recta?
Esto se debe a otra característica de la revolución de la Tierra,
su excentricidad orbital.
La órbita de la Tierra alrededor del Sol es una elipse,
y su distancia al Sol cambia en varios puntos.
El cambio correspondiente en fuerza de gravedad
hace que la Tierra se mueva más rápido en enero
cuando alcanza su punto más cercano al Sol,
el perihelio,
y más lento en julio cuando alcanza su punto más lejano,
el afelio.
La excentricidad de la Tierra implica que el mediodía solar,
el momento en el que el Sol está más alto en el cielo,
no siempre ocurre en el mismo momento del día.
Un reloj de sol puede estar hasta 16 minutos adelantado
o 14 minutos atrasado respecto a un reloj normal.
De hecho, la hora del reloj y la hora solar solo coinciden 4 veces al año.
El ancho del analema representa la magnitud de esta desviación.
Entonces, ¿cómo sabían las personas hace años la hora correcta?
Durante la mayor parte de la historia humana,
guiarse por la posición del Sol fue suficiente.
Sin embargo, en la era moderna,
la diferencia entre los relojes solares y los mecánicos se ha vuelto importante.
La ecuación del tiempo, introducida por Tolomeo
y más tarde refinada en la obra de Johannes Kepler,
converge entre la hora solar aparente y la hora media de la que nos fiamos.
Los globos terráqueos solían tener un analema impreso en ellos
para permitir determinar la diferencia
entre la hora del reloj y la del reloj solar según el día del año.
Cómo aparece el analema, depende de dónde te encuentres.
Se inclinará en un ángulo en función de la latitud
o estará invertido si estás en el hemisferio sur.
Y si estás en otro planeta,
podrías encontrar algo completamente diferente.
En función de la excentricidad orbital y la inclinación del eje de ese planeta,
el analema podría aparecer como una lágrima,
un óvalo,
o incluso una línea recta.