Las cuatro estaciones están determinadas por cuatro posiciones principales en la órbita terrestre en su giro alrededor del Sol (plano de la eclíptica), que reciben el nombre de solsticios y equinoccios: solsticio de invierno (punto Capricornio, 22 de diciembre), equinoccio de primavera (punto Aries, en torno al 21-22 de marzo), solsticio de verano (punto Cáncer, 21 de junio) y equinoccio de otoño (punto Libra, en torno al 22-23 de septiembre).
En los equinoccios, el eje de rotación de la Tierra es perpendicular a los rayos del Sol, que caen verticalmente sobre el ecuador. En los solsticios, el eje se encuentra inclinado 23,5º, por lo que los rayos solares caen verticalmente sobre el trópico de Cáncer (verano en el hemisferio norte) o de Capricornio (verano en el hemisferio sur).

A causa de la excentricidad de la órbita terrestre, las estaciones no tienen la misma duración, ya que la Tierra recorre su trayectoria con velocidad variable. Va más deprisa cuanta más cerca está del Sol y más despacio cuanto más alejada (afelio), cumpliéndose la segunda Ley de Kepler (Científico): El radio vector que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

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