Astronomía

Duraciones históricas de los días en la Tierra

Duraciones históricas de los días en la Tierra


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Recientemente leí algo sobre un gran terremoto en Japón que posiblemente acortó el día de la Tierra debido a un aumento en la rotación. He aquí un ejemplo:

https://www.nasa.gov/topics/earth/features/japanquake/earth20110314.html

Cuando leí un poco más sobre la duración del día de la Tierra, me enteré de que se cree que la duración del día de la Tierra ha sido más corta en el pasado y se ha alargado con el tiempo. Aquí hay un ejemplo de este sitio:

¿Cuál fue la duración del día solar hace 73 millones de años?

Como algunos sabrán por un curso de introducción a la psicología, los humanos tienden a asentarse en un día que dura más de 24 horas cuando se los coloca en un entorno sin tiempo externo o señales de luz. Para la mayoría de las personas, su sistema circadiano puede ajustar su día al día terrestre de 24 horas. Algunas personas ciegas pierden esta capacidad, como se ve en los comerciales sobre medicamentos para ayudarles a ganar un ritmo de 24 horas. Aquí hay algunos antecedentes sobre eso:

https://en.wikipedia.org/wiki/Non-24-hour_sleep%E2%80%93wake_disorder

A riesgo de hacer una pregunta de "opinión" inaceptable, ¿qué tan convincente es la evidencia de la duración histórica de los días de la Tierra? ¿Está la evidencia en un punto donde los días terrestres más cortos en el pasado son una certeza aceptada? ¿O las cosas todavía están en un punto de ser una mejor suposición sin saberlo realmente? Parece bastante extraño que nuestro sistema nervioso haya evolucionado con una preferencia por días superiores a 24 horas. Ciertamente es posible, pero agradecería algún aporte aquí antes de dedicar tiempo a contemplar por qué la evolución podría haber funcionado de esa manera. Solo soy un aficionado, por lo que no habría necesidad de profundizar demasiado para mí específicamente. Gracias por adelantado.

Editar: Las respuestas y comentarios actuales son interesantes y apreciados, pero para aclarar, el enfoque previsto es el alcance y la calidad de la evidencia astronómica que podría usarse en una discusión (en otro lugar) sobre problemas circadianos.


Desde el punto de vista de la física, no existe un mecanismo obvio que pueda proporcionar aumentos significativos y consistentes en la velocidad de rotación de la Tierra.

La gravitación de la luna parece ser el principal impulsor de los cambios en la rotación de la tierra. Y dado que gira más lentamente que la rotación de la Tierra, tiende a extraer energía de la rotación, alargando el día. Esto es completamente consistente con la evidencia que apunta a que los años antiguos en la tierra tienen más días (y por lo tanto más cortos) de lo que es cierto en la era moderna. Esto también es consistente con el receso gradual observado de la luna lejos de la tierra.

También es posible medir directamente la duración de un día y ver que los días en la tierra son significativamente más largos que en 1900. Una vez más, es consistente con una rotación más lenta.

Las implicaciones de esto para la evolución de los ciclos del sueño serían mejores en otro lugar (quizás Biología SE). Pero sugiero que este es un proceso muy lento.

Recuerde que esto es algo que aumenta la longitud del promedio día. Pero hay muchas otras variaciones entre días durante un año. Un organismo podría, por ejemplo, sincronizarse con algo como el amanecer. Pero en primavera, los amaneceres llegan más de un minuto antes que con 24 horas de diferencia cada día, y en otoño llegan más de un minuto más tarde que el promedio cada día.

Mientras tanto, probablemente fue hace más de un millón de años que el día promedio fue más corto en un minuto completo. Por lo tanto, el aumento de la duración del día con el tiempo definitivamente está sucediendo, pero a un ritmo que es casi irrelevante para la biología.


Nuestros relojes biológicos son antiguos. Una teoría sobre el período> 24 horas es que los relojes evolucionaron en el mar, donde el período de las mareas puede ser más importante que la duración del día solar.

Las mareas son causadas principalmente por la Luna, y en la era moderna la Luna sale aproximadamente 50 minutos más tarde cada día, más o menos 20 minutos, debido a la excentricidad, inclinación y complejidad general de la órbita lunar. Los cambios de marea reales en un lugar dado son bastante complejos, pero ese período lunar da una primera aproximación razonable. Por lo tanto, en realidad es una buena estrategia tener un reloj con un período de 24 horas y 50 minutos, pero que se pueda ajustar fácilmente para que esté sincronizado con la entrada sensorial.

Ese período lunar de 24 h 50 m habría sido diferente hace cientos de millones de años, cuando nuestros antepasados ​​estaban en el mar. Pero no estoy seguro de qué tan diferente, ya que aunque la duración del día solar fue más corta, también lo fue el período orbital lunar, por lo que el movimiento diario de la Luna en relación con el Sol fue mayor.


Se puede observar. Las constantes astronómicas en 2000AD_500AD _ 1604AD se dan a continuación. La Àryabhatíya de Àryabhata, ¿la constante astronómica precisa más antigua?

Aquí hay algunas tablas Esta tabla es de Jacobs.

Tabla 1. Comparación de los valores Àryabhatiya de Àryabhata y astronómicos (los tiempos de órbita se están desacelerando ligeramente) Constantes astronómicas d. C. 2000 _ d. C. 500 d. C. _ 1604 a. C.

Rotaciones por órbita solar 366.25636031_ 366.2563589_ 366.25635656

Días por órbita solar 365.25636031_ 365.2563589_ 365.25635656

Días por órbita lunar 27.32166120_ 27.3216638_ 27.32166801

Rotaciones por órbita lunar 27.39646289_ 27.39646514_ 27.39646936

Vea el número de lugares decimales. Continúa así hasta el Rg veda. India tenía una pasión por la astronomía y era muy buena en eso.

Otros enlaces. Amartya Kumar Dutta - Aryabhata y rotación axial de la Tierra

¡Las órbitas decaen ligeramente en escalas de tiempo de 1000 años!

https://www.ias.ac.in/article/fulltext/reso/011/03/0002-0003

https://www.ias.ac.in/article/fulltext/reso/011/03/0051-0068

http://www.jqjacobs.net/astro/aryabhata.html


Las investigaciones geofísicas sistémicas sobre la variación pasada del LOD (duración del día) de la tierra datan al menos de la década de 1960 (Wells, JW 1963. Crecimiento y geocronometría de coral. Nature. 197: 948-950.) Indicadores de crecimiento: líneas persistentes o capas depositadas a intervalos que van desde ciclos de mareas de 6 horas hasta anuales, en moluscos, corales y otros invertebrados, tanto modernos como fosilizados, nos brindan un registro objetivo de los principales aspectos del sistema Tierra-Luna, incluido el LOD. La geología ofrece otras técnicas de corroboración que sugieren una desaceleración monótona pero ligeramente variable de la rotación de la Tierra y, por lo tanto, un alargamiento del día, de unos 20 minutos cada 100 millones de años.

Dados los cambios relativamente lentos en LOD, el OP puede razonablemente preguntarse por qué los mamíferos no se adhieren más de cerca a un ciclo diario de 24 horas o un poco más largo. Las únicas buenas respuestas para la variabilidad de los ritmos circadianos en los mamíferos son empíricas.


La historia del Día de la Tierra

Cada año, el 22 de abril, el Día de la Tierra marca el aniversario del nacimiento del movimiento ambiental moderno en 1970.

Echemos un vistazo al último medio siglo de movilización para la acción:

ORÍGENES DEL DÍA DE LA TIERRA

El Día de la Tierra de 1970 dio voz a una conciencia pública emergente sobre el estado de nuestro planeta:

En las décadas previas al primer Día de la Tierra, los estadounidenses consumían grandes cantidades de gas con plomo a través de automóviles enormes e ineficientes. La industria escupió humo y lodo sin temor a las consecuencias de la ley o de la mala prensa. La contaminación del aire se aceptaba comúnmente como olor a prosperidad. Hasta este punto, la corriente principal de Estados Unidos permaneció en gran parte ajena a las preocupaciones ambientales y cómo un ambiente contaminado amenaza la salud humana.

Sin embargo, el escenario estaba listo para el cambio con la publicación del bestseller del New York Times de Rachel Carson Primavera silenciosa en 1962. El libro representó un momento decisivo, vendiendo más de 500.000 copias en 24 países, ya que aumentó la conciencia pública y la preocupación por los organismos vivos, el medio ambiente y los vínculos indisolubles entre la contaminación y la salud pública.

El Día de la Tierra de 1970 vendría a dar voz a esta conciencia ambiental emergente y a poner las preocupaciones ambientales en la portada.

DÍA DE LA TIERRA PARA UN NUEVO MILENIO

A medida que se acercaba el milenio, Hayes acordó encabezar otra campaña, esta vez centrada en el calentamiento global y en impulsar la energía limpia. Con 5,000 grupos ambientalistas en un récord de 184 países llegando a cientos de millones de personas, el Día de la Tierra 2000 generó conversaciones tanto globales como locales, aprovechando el poder de Internet para organizar a los activistas de todo el mundo, al tiempo que presentaba una cadena de tambores que viajaba desde de pueblo en pueblo en Gabón, África. Cientos de miles de personas también se reunieron en el National Mall en Washington, DC para una manifestación de la Primera Enmienda.

Treinta años después, el Día de la Tierra 2000 envió a los líderes mundiales un mensaje fuerte y claro: los ciudadanos de todo el mundo querían una acción rápida y decisiva sobre el calentamiento global y la energía limpia.

DÍA DE LA TIERRA 2010

Al igual que en 1970, el Día de la Tierra 2010 llegó en un momento de gran desafío para la comunidad ambiental para combatir el cinismo de los negadores del cambio climático, los cabilderos petroleros bien financiados, los políticos reticentes, un público desinteresado y una comunidad ambiental dividida con el poder colectivo de activismo ambiental global. Frente a estos desafíos, el Día de la Tierra prevaleció y EARTHDAY.ORG restableció el Día de la Tierra como un momento importante para la acción global por el medio ambiente.

A lo largo de las décadas, EARTHDAY.ORG ha atraído a cientos de millones de personas al movimiento ambiental, creando oportunidades para el compromiso cívico y el voluntariado en 193 países. El Día de la Tierra involucra a más de mil millones de personas cada año y se ha convertido en un importante trampolín en el camino del compromiso en torno a la protección del planeta.

EL DÍA DE LA TIERRA HOY

Hoy en día, el Día de la Tierra es ampliamente reconocido como la celebración secular más grande del mundo, marcado por más de mil millones de personas cada año como un día de acción para cambiar el comportamiento humano y crear cambios en las políticas globales, nacionales y locales.

Ahora, la lucha por un medio ambiente limpio continúa con una urgencia cada vez mayor, a medida que los estragos del cambio climático se vuelven cada vez más evidentes.

A medida que crece la conciencia de nuestra crisis climática, también lo hace la movilización de la sociedad civil, que está alcanzando un punto álgido en todo el mundo hoy. Desilusionados por el bajo nivel de ambición tras la adopción del Acuerdo de París en 2015 y frustrados por el letargo ambiental internacional, los ciudadanos del mundo se están levantando para exigir una acción mucho mayor para nuestro planeta y su gente.

Los entornos sociales y culturales que vimos en 1970 están resurgiendo hoy: una nueva y frustrada generación de jóvenes se niega a conformarse con lugares comunes y, en cambio, se lanza a las calles por millones para exigir un nuevo camino a seguir. Los medios digitales y sociales están llevando estas conversaciones, protestas, huelgas y movilizaciones a una audiencia global, uniendo a una ciudadanía preocupada como nunca antes y catalizando a generaciones para que se unan para asumir el mayor desafío al que se ha enfrentado la humanidad.

Al aprovechar algunos de los aprendizajes, los resultados y el legado del primer Día de la Tierra, EARTHDAY.ORG está construyendo un movimiento cohesivo, coordinado y diverso, que va al corazón mismo de lo que son EARTHDAY.ORG y el Día de la Tierra: empoderar a las personas con la información, las herramientas, los mensajes y las comunidades necesarias para generar un impacto e impulsar el cambio.

Lo invitamos a ser parte del Día de la Tierra y ayudar a escribir muchos más capítulos, luchas y victorias, en el libro del Día de la Tierra.


Duración histórica de los días en la Tierra - Astronomía

¿Cuál es la duración del día en el ecuador? Recientemente le dije a un amigo con gran certeza que en el ecuador el sol salía y se ponía exactamente a intervalos de 12 horas aproximadamente a las 6 a.m. y a las 6 p.m. (dependiendo de la zona horaria) todos los días del año. Ahora no estoy tan seguro.

Estás bien. Siempre son exactamente 12 horas. Hay un par de formas diferentes en las que puedes convencerte de que esto es así, pero creo que la más fácil es este argumento de simetría:

En el hemisferio norte, la duración del día es mayor durante los meses en que el Polo Norte está inclinado hacia el Sol y más corto durante los meses en que está inclinado en dirección opuesta al Sol. Lo contrario es cierto para el hemisferio sur. El Ecuador está exactamente a medio camino entre los polos. Por lo tanto, no tendría ningún sentido que un día en el ecuador sea más largo cuando uno de los polos está inclinado hacia el Sol y más corto cuando el otro lo está.

Esta página se actualizó por última vez el 27 de junio de 2015.

Sobre el Autor

Christopher Springob

Chris estudia la estructura a gran escala del universo utilizando las velocidades peculiares de las galaxias. Obtuvo su doctorado en Cornell en 2005 y ahora es profesor asistente de investigación en la Universidad de Australia Occidental.


¿Cuánto dura un día?

¿No puede "día" significar simplemente un período de tiempo? Darius y Karin Viet explican.

Quería comentar un artículo o parte de un libro que leí. Específicamente, este

Si los días de la creación son en realidad edades geológicas de millones de años, entonces el mensaje del evangelio se ve socavado en su fundamento porque antepone la muerte, las enfermedades, las espinas y el sufrimiento a la Caída. El esfuerzo por definir los días como edades geológicas resulta de un enfoque erróneo de las Escrituras que reinterpretan la Palabra de Dios sobre la base de las teorías falibles de los pecadores ".

Esto está mal. Realmente mal. Esto es posiblemente lo peor que he leído sobre la Biblia. No sé qué Biblia leyó esta persona, o cómo la leyó, pero lo hizo mal. Para empezar, la Caída ocurrió eones antes de la creación de la tierra. En segundo lugar, ¿quién hizo que este tipo fuera el final de cómo interpretar la Biblia? En tercer lugar (esto es muy importante), cuando la Biblia se escribió originalmente, no tenía la palabra día. Cualquiera que haya prestado atención en el seminario sabe que la palabra griega original significaba "período de tiempo", que podría ser un nanosegundo o mil millones de años. Aquellos de nosotros que elijamos definir "período de tiempo" como mil millones de años en realidad pareceríamos más correctos, porque si la Biblia dice que la Tierra se hizo en seis "períodos de tiempo", y la ciencia nos dice que la tierra fue creada en 6 mil millones años, entonces se podría concluir que debido a la infinidad de Dios, mil millones de años para él nos parecerían un día.

Espero que los creadores de este sitio se den cuenta de que fue Dios quien creó la ciencia, y ignorar por completo lo que Dios creó es una afrenta a Él y a todo lo que Él ha hecho por nosotros.

Gracias por contactarse con AiG. Nos gustaría abordar sus inquietudes en esta respuesta.

Primero, ¿por qué no hay un correo electrónico general para comentarios sobre el sitio web o los artículos?

Puede hacer comentarios en la sección "Consultas y comentarios" del sitio web.

Como tal, quería comentar un artículo o parte de un libro que leí. Específicamente, esto: “Si los días de la creación son realmente edades geológicas de millones de años, entonces el mensaje del evangelio se ve socavado en su fundamento porque antepone la muerte, las enfermedades, las espinas y el sufrimiento a la Caída. El esfuerzo por definir los días como edades geológicas resulta de un enfoque erróneo de las Escrituras que reinterpretan la Palabra de Dios sobre la base de las teorías falibles de los pecadores ".

El artículo al que hace referencia es "¿Podría Dios realmente haber creado todo en seis días?", Un capítulo en El Libro de Nuevas Respuestas 1. En este capítulo, Ken Ham muestra cómo leer el relato de la creación de una manera sencilla, aplicando la hermenéutica adecuada para interpretar la narrativa histórica y considerando los otros pasajes de las Escrituras sobre este tema, lo llevará a uno a concluir que la palabra para "día" en el La cuenta de creación es un día de 24 horas.

Esto está mal. Realmente mal. Esto es posiblemente lo peor que he leído en relación con la Biblia. No sé qué Biblia leyó esta persona, o cómo la leyó, pero lo hizo mal. Para empezar, la Caída ocurrió eones antes de la creación de la tierra.

¿Cómo sabes que “la Caída ocurrió eones antes de la creación de la tierra”? Nuestras creencias se basan en uno de dos puntos de partida. O comenzamos con la infalible Palabra de Dios o las opiniones falibles del hombre. Según la infalible Palabra de Dios, la Caída ocurrió en la tierra cuando Adán y Eva comieron del árbol del conocimiento del bien y del mal. Entonces la Caída, obviamente, sucedió después la creación de la tierra.

En segundo lugar, ¿quién hizo que este tipo fuera el final de cómo interpretar la Biblia?

Ken Ham ciertamente no es el final de cómo interpretar la Biblia. La Biblia misma establece el estándar para su interpretación. Lo invitamos a considerar la Parte 1 y la Parte 2 de este artículo sobre los principios de interpretación de la Biblia. La Parte 2 muestra específicamente cómo Génesis 1-11 debe interpretarse como narrativa histórica, de acuerdo con los siguientes principios: observar cuidadosamente el texto, el contexto es clave, la claridad de las Escrituras, comparar las Escrituras con las Escrituras, la clasificación del texto y la visión histórica de la iglesia. .

En tercer lugar (esto es muy importante), cuando la Biblia se escribió originalmente, no tenía la palabra día. Cualquiera que haya prestado atención en el seminario sabe que la palabra griega original significaba "período de tiempo", que podría ser un nanosegundo o mil millones de años.

Respetuosamente, la palabra original es hebrea, no griega, ya que el Antiguo Testamento fue escrito principalmente en hebreo (con algunas secciones en arameo). El Nuevo Testamento fue escrito en griego. Si bien la palabra hebrea para "día" puede referirse a un período de tiempo indeterminado o la parte del día a la luz del día, el contexto nos da la interpretación adecuada. El Dr. Terry Mortenson dijo: "En cualquier otro lugar del Antiguo Testamento, cuando la palabra hebrea para 'día' (יוֹם, yom) aparece con "tarde" o "mañana" o se modifica con un número (p. ej., "sexto día" o "cinco días"), siempre significa un día de 24 horas ". 1

Tiene razón en que muchos seminarios cristianos no se aferran a una interpretación literal del Génesis. Eso es porque se han comprometido con las ideas mundanas en lugar de permanecer firmes en la Palabra de Dios, como lo muestra el libro. Ya comprometido.

Aquellos de nosotros que elijamos definir "período de tiempo" como mil millones de años en realidad pareceríamos más correctos, porque si la Biblia dice que la Tierra se hizo en seis "períodos de tiempo", y la ciencia nos dice que la tierra fue creada en 6 mil millones años, entonces se podría concluir que debido a la infinidad de Dios, mil millones de años para él nos parecerían un día.

Primero, afirmar que "la ciencia nos dice" es una falacia lógica de reificación. Interpretamos la evidencia de eventos pasados ​​de acuerdo con nuestras cosmovisiones. En segundo lugar, puede estar haciendo referencia a 2 Pedro 3: 8, que dice: “para el Señor, un día es como mil años, y mil años como un día. Ken Ham se refirió a este versículo, mostrando cómo no tiene nada que ver con el relato de la creación y usa la palabra "como" porque está haciendo una comparación, no una declaración literal de que un día equivale a mil años. Este versículo no se refiere al relato de la creación, sino que muestra cómo Dios no está limitado por el tiempo, por lo que aunque el regreso de Cristo se retrasa, el intervalo de tiempo desde su ascensión no es nada para Dios.

Espero que los creadores de este sitio se den cuenta de que fue Dios quien creó la ciencia, y ignorar por completo lo que Dios creó es una afrenta a Él y a todo lo que Él ha hecho por nosotros.

Tienes razón en que Dios es el Autor de las leyes científicas. Sin embargo, también es el autor de la Biblia, su revelación especial, en la que nos dice que creó la tierra en seis días (Génesis 1 Éxodo 20:11). Jesús mismo afirmó una tierra joven. Debemos confiar en la Palabra completa e infalible de Dios en lugar de en las opiniones falibles del hombre. Esto no significa que los cristianos sean anticientíficos. Más bien, al interpretar la evidencia científica, el punto de partida de un cristiano debe ser la Palabra de Aquel que creó todo.

La posición bíblica de los seis días es esencial para defender la integridad de las Escrituras y conduce a una comprensión clara del evangelio: el pecado de Adán y Eva trajo la muerte, pero Dios envió a Su Hijo a sacrificar Su vida por los pecadores que se vuelven con fe a la Biblia. Señor Jesus.


Nace el astrónomo polaco Copérnico

El 19 de febrero de 1473, Nicolás Copérnico nace en Torun, una ciudad en el centro-norte de Polonia en el río Vístula. Padre de la astronomía moderna, fue el primer científico europeo moderno en proponer que la Tierra y otros planetas giran alrededor del sol.

Copérnico nació en una familia de comerciantes acomodados, y después de la muerte de su padre, su tío, que pronto sería obispo, tomó al niño bajo su protección. Recibió la mejor educación del momento y fue criado para una carrera en derecho canónico (eclesiástico). En la Universidad de Cracovia, estudió artes liberales, incluidas astronomía y astrología, y luego, como muchos polacos de su clase social, fue enviado a Italia para estudiar medicina y derecho.

Mientras estudiaba en la Universidad de Bolonia, vivió durante un tiempo en la casa de Domenico Maria de Novara, el astrónomo principal de la universidad. La astronomía y la astrología estaban en ese momento estrechamente relacionadas e igualmente consideradas, y Novara tenía la responsabilidad de emitir pronósticos astrológicos para Bolonia. Copérnico a veces lo ayudó en sus observaciones, y Novara lo expuso a críticas tanto de la astrología como de aspectos del sistema ptolemaico, que colocaba a la Tierra en el centro del universo.

Copérnico luego estudió en la Universidad de Padua y en 1503 recibió un doctorado en derecho canónico de la Universidad de Ferrara. Regresó a Polonia, donde se convirtió en administrador de la iglesia y médico. En su tiempo libre, se dedicó a actividades académicas, que a veces incluían trabajos astronómicos. En 1514, su reputación como astrónomo era tal que los líderes de la iglesia lo consultaron para intentar reformar el calendario juliano.

La cosmología de la Europa de principios del siglo XVI sostenía que la Tierra se encontraba estacionaria e inmóvil en el centro de varias esferas giratorias concéntricas que soportaban los cuerpos celestes: el sol, la luna, los planetas conocidos y las estrellas. Desde la antigüedad, los filósofos se adhirieron a la creencia de que los cielos estaban dispuestos en círculos (que por definición son perfectamente redondos), causando confusión entre los astrónomos que registraron el movimiento a menudo excéntrico de los planetas, que a veces parecía detenerse en su órbita de la Tierra y moverse retrógrado por el cielo.

En el siglo II d.C., el geógrafo y astrónomo alejandrino Ptolomeo buscó resolver este problema argumentando que el sol, los planetas y la luna se mueven en pequeños círculos alrededor de círculos mucho más grandes que giran alrededor de la Tierra. Estos pequeños círculos que llamó epiciclos, y al incorporar numerosos epiciclos que giran a diferentes velocidades, hizo que su sistema celeste se correspondiera con la mayoría de las observaciones astronómicas registradas.

El sistema ptolemaico siguió siendo la cosmología aceptada en Europa durante más de 1.000 años, pero para el día de Copérnico, la evidencia astronómica acumulada había confundido algunas de sus teorías. Los astrónomos no estaban de acuerdo sobre el orden de los planetas desde la Tierra, y fue este problema el que se ocupó de Copérnico a principios del siglo XVI.

En algún momento entre 1508 y 1514, escribió un breve tratado astronómico comúnmente llamado el Commentariolus, o & # x201CLittle Commentary, & # x201D, que sentó las bases de su sistema heliocéntrico (centrado en el sol). El trabajo no se publicó durante su vida. En el tratado, postuló correctamente el orden de los planetas conocidos, incluida la Tierra, desde el sol, y estimó sus períodos orbitales con relativa precisión.

Para Copérnico, su teoría heliocéntrica no fue de ninguna manera un hito, ya que creó tantos problemas como resolvió. Por ejemplo, siempre se asumió que los objetos pesados ​​caían al suelo porque la Tierra era el centro del universo. ¿Por qué lo harían en un sistema centrado en el sol? Mantuvo la antigua creencia de que los círculos gobernaban los cielos, pero su evidencia mostraba que incluso en un universo centrado en el sol, los planetas y las estrellas no giraban alrededor del sol en órbitas circulares. Debido a estos y otros problemas, Copérnico retrasó la publicación de su principal obra astronómica, De revolutionibus orbium coelestium libri vi, o & # x201C Seis libros sobre las revoluciones de los orbes celestiales & # x201D casi toda su vida. Terminado alrededor de 1530, no se publicó hasta 1543, año de su muerte.

En el trabajo, Copérnico & # x2019 argumento pionero de que la Tierra y los planetas giran alrededor del sol lo llevó a realizar una serie de importantes descubrimientos astronómicos. Mientras gira alrededor del sol, la Tierra, argumentó, gira sobre su eje a diario. La Tierra tarda un año en orbitar el sol y durante este tiempo se bambolea gradualmente sobre su eje, lo que explica la precesión de los equinoccios. Las principales fallas en el trabajo incluyen su concepto del sol como el centro de todo el universo, no solo el sistema solar, y su incapacidad para captar la realidad de las órbitas elípticas, lo que lo obligó a incorporar numerosos epiciclos en su sistema, al igual que Ptolomeo. . Sin el concepto de gravedad, la Tierra y los planetas todavía giraban alrededor del sol en esferas transparentes gigantes.

En su dedicación a De revolutionibus & # x2014un trabajo científico extremadamente denso & # x2014Copernicus señaló que & # x201Cmathematics está escrito para matemáticos. & # x201D Si el trabajo fuera más accesible, muchos habrían objetado su concepto no bíblico y por lo tanto herético del universo. Por décadas, De revolutionibus permaneció desconocido para todos excepto para los astrónomos más sofisticados, y la mayoría de estos hombres, mientras admiraban algunos de los argumentos de Copérnico & # x2019, rechazaron su base heliocéntrica. No fue hasta principios del siglo XVII que Galileo y Johannes Kepler desarrollaron y popularizaron la teoría copernicana, que para Galileo resultó en un juicio y condena por herejía. Tras el trabajo de Isaac Newton en mecánica celeste a finales del siglo XVII, la aceptación de la teoría copernicana se extendió rápidamente en países no católicos y, a finales del siglo XVIII, fue aceptada casi universalmente.


Una breve historia de la radioastronomía

Para empezar, sería útil contar con una historia muy breve de la radioastronomía. La radioastronomía nació a principios de la década de 1930 cuando Karl Jansky, que trabajaba para Bell Laboratories, estaba tratando de determinar el origen de una fuente de ruido que aparecía en los receptores que operaban en la región de 20 MHz del espectro de radio.

Jansky construyó una antena orientable y comenzó a buscar la fuente del ruido tomando medidas direccionales. Para su sorpresa, descubrió que este ruido provenía de fuentes extraterrestres. Jansky, entusiasmado por su descubrimiento, publicó su trabajo, sin embargo, la mayoría de los astrónomos en ese momento estaban decididamente decepcionados por este descubrimiento y en su mayor parte lo descartaron como irrelevante o simplemente curioso. Hubo algunas personas ingeniosas que vieron el potencial de este ruido desde el espacio.

Uno de ellos, Grote Reber, un ingeniero electrónico y ávido armadura de radio, había revisado el descubrimiento original de Jansky y especuló que las señales eran de origen térmico (causadas por objetos muy calientes) y, como tal, deberían ser más fáciles de detectar a frecuencias más altas. Dado que el trabajo original de Jansky se realizó a 20 MHz (aproximadamente 15 metros de longitud de onda) y un ancho de haz de aproximadamente 25 grados, Reber quería reducir el ancho de haz efectivo para obtener detalles más finos. Reber razonó que debería construir su primer receptor y antena para operar a 3000 MHz (longitud de onda de 10 cm), una frecuencia extraordinaria en ese momento. Con sus propios recursos y entusiasmo, Reber construyó el primer radiotelescopio reflector parabólico. Dado que esto se consideró una actividad 'extracurricular' privada, Reber no recibió patrocinio ni apoyo. Además de ser el primero de su tipo, también era una estructura enorme. Básicamente construido por un solo individuo, tenía 9.5 metros (31 pies o 3 pisos) de diámetro.

El término 'Radiotelescopio' no se había acuñado en ese momento, sin embargo, Reber recibe el crédito por construir el primero. Aunque no probó su hipótesis original, su trabajo pasó a detallar el primer mapa de radio del plano galáctico y grandes porciones del cielo. Reber publicó su obra "Cosmic Static" a finales de la década de 1930.

Fue la búsqueda de estática o ruido lo que llevó al desarrollo del radiotelescopio, y es esencialmente ruido del universo lo que detecta el radiotelescopio. Enterrada en esta turbulenta confusión hay información que es de naturaleza específica para los objetos y fenómenos astronómicos. Este ruido da testimonio de las características físicas del universo. La información se presenta como una mezcla de propiedades de la señal como frecuencia, fase, amplitud y, en algunos casos, patrones repetitivos. También está presente información que se puede ensamblar matemáticamente en 'imágenes de radio' de estos objetos cósmicos. Algunas señales provienen de fuentes finamente definidas que pueden ser consideradas, en general, como fuentes puntuales (quásares y púlsares, por ejemplo).

Otras fuentes cubren vastas áreas y pueden considerarse como objetos de campo amplio. Estas son nubes de polvo y gas, 'viveros' de estrellas, galaxias y una plétora de otras cosas interesantes. Para obtener información de estas fuentes, el radiotelescopio debe recibir no solo información específica sino también todo el 'ruido' de estos objetos y su entorno, luego rechazar lo que no se desea y registrar los resultados.

Las señales de radiofrecuencia de origen extraterrestre son extremadamente débiles. Por ejemplo, si se combinaran todas las señales de energía recibidas de todos los radiotelescopios que se hayan construido (viendo objetos que no sean el sol), no habría suficiente energía total para derretir un solo copo de nieve.

El radiotelescopio primero debe concentrar las señales reunidas en un área amplia y enfocarlas en un área pequeña. Este es el mismo principio sobre el que opera el telescopio óptico reflector. El término "radioóptica" se refiere a esta similitud. Dado que el término "luz" realmente significa radiación electromagnética, todas las mismas ecuaciones básicas, teorías y principios son aplicables a la luz de radio, infrarroja o visible. La gran diferencia es que los telescopios ópticos funcionan a frecuencias y longitudes de onda microscópicas extremadamente altas, mientras que sus primos, los radiotelescopios, funcionan a frecuencias más bajas y longitudes de onda más largas.

La resolución, que también se puede expresar como ancho de haz, es función de la longitud de onda de la señal y del diámetro del reflector. A frecuencias ópticas (luz azul-verde 600.000 GHz o una longitud de onda de .0005 mm), un espejo "perfecto" de 1 metro de diámetro tendrá un ancho de haz de aproximadamente .00003 grados. El mismo espejo que funciona a frecuencias de radio (30 GHz, por ejemplo, con una longitud de onda de 1 cm) tendrá un ancho de haz de aproximadamente 6 grados. Como puede verse, el ancho del haz del radiotelescopio es aproximadamente 200.000 veces más ancho, lo que arroja observaciones de menor resolución. Al principio, la solución a esto fue construir reflectores cada vez más grandes, dando anchos de haz más estrechos y resoluciones más altas.

A finales de la década de 1950 se estaban construyendo reflectores de 100 metros (300 pies) de ancho. En diámetros mayores que este, un reflector orientable se vuelve demasiado pesado y engorroso para ser utilizado de manera efectiva. El gran problema es que la superficie se deforma y se deforma debido a la gravedad y, por tanto, la eficacia del reflector se ve comprometida. The one advantage of large reflectors is that with their very large gathering surface area they offer significant signal strength the down side of this is that they are very expensive to operate, maintain, and build.

Even with the large areas, one still must remember that the beam width is still wide compared to optical instruments. A 100 metre diameter radio telescope, operating at 10 cm wavelength, still only has the individual resolving ability of an optical mirror of about 5 mm (less than 1/4 inch). Even with such seemingly myopic resolution, the sheer size of these instruments allows for detection of weak sources billions of light-years away. In a later article I will discuss interferometry, a technique by which multiple radio telescopes can be combined to give the effective resolution of a single telescope many miles across. This process changes the apparently fuzzy world of the radio telescope to one of crystal clarity. Modern radio telescope arrays such as the VLA in New Mexico and the Caltech OVRO millimetre array have resolving abilities far beyond even the Hubble telescope.

The temperature of the radio telescope, its reflector, and its receiver are all sources of noise with which the observer must contend. Since everything with a temperature above absolute zero gives off electromagnetic noise in one form or another, and the fact that what a radio telescope 'sees' is essentially electromagnetic noise, the radio telescope needs to be highly selective and reject as much superfluous noise as possible.

One method of counteracting noise is to cool the receiving electronics to a temperature just a few degrees above absolute zero. This eliminates thermally generated noise in the electronics. Once this noise has been removed, the amplified signal of interest is then selectively amplified again, converted to more manageable frequency bands, divided into a series of adjacent channels and finally processed to detect the relative power or energy of the source along with frequency and phase detection.

Because a radio telescope is so sensitive, other methods of reducing noise are used. One is to reduce reflected and thermal noise from the ground. This is why many radio telescopes have a Cassegrain configuration (a secondary mirror reflects the signals back through a hole in the centre of the main reflector). Since the receiving electronics input focus points to the sky, picking up thermal and reflected noise from the ground is avoided.

The final method is to reduce the contributed noise from terrestrial sources. This translated means move the telescope away from the high density cities to some remote location where the local denizens, i.e. rabbits, moss, and life forms found under rocks, do not pollute the radio spectrum. This also usually means placing the telescope in a valley surrounded by mountains so that the terrain blocks a great deal of unwanted radio noise. Add to this the help of the local authorities to declare the surrounding area of the telescope as a 'radio free' zone and you have a reasonably quiet observing site. Finally when all this is combined, the effective noise temperature of an entire radio telescope system can be reduced to only a few tens of degrees above absolute zero, (quite an improvement when considered that typical room temperature is about 300 Kelvin).

A signal arriving from a celestial source has now been gathered by a large reflector, concentrated into a small area and fed to a low noise electronic receiver that is isolated from strong external sources, quiet in its own operation and highly selective. The next part of the process is to store the information for subsequent processing. Since many of the radio source signals are so weak, it is often necessary for a telescope to stay fixed on a target for extended lengths of time to insure sufficient information has been gathered. The result of these long 'exposure times' (to borrow a phrase from photography), results in huge amounts of data. In the early days of radio astronomy, information was recorded on paper, which chart recorders spewed out by the mile, and consequently the astronomer had to inspect visually, by the mile. This was an arduous process and sometimes required months to extract the information.

In the 1960s magnetic tape was substituted for paper and computers were given the task of correlating the information. Today with inexpensive desktop computers, flash analogue to digital converters, and billion operation per second digital signal processing chips, much of the information obtained can be processed in real time. It is the results of the computations on the raw signal data that carries the ultimate useful information. With faster and faster real time processing, the storage of information has shifted from saving the raw incoming signals to saving the derivatives and ultimately to saving only the specific information. This not only reduces the total storage required (raw signals require magnitudes more storage) but allows for faster retrieval of pertinent information since the data has been prefiltered and formatted.

Last, but not least, is the interpretation of the data into a meaningful format. Despite our ability to interpret numbers and form abstract conclusions, we human beings are visually oriented. The information from a radio telescope can indeed be turned into a picture that is easy to understand. However, along with this visual presentation comes volumes of additional information that, when analysed, reveals the secret workings of much of the universe. This information is often intangible to our senses. Properties such as phase, coherence, polarisation and subtle frequency variations cannot be discerned from a simple picture. Additional signal processing and receiving techniques must be used to reveal these characteristics. Often, the presentation of these other qualities will be in a visual or pictorial format, but the colours and intensities will demonstrate properties not normally visible. These 'false colour' images present to the mind visualisations of concepts and properties heretofore unobservable.

The radio telescope, while not as basically easy to use as a simple optical instrument, actually reveals much more information to the observer. With its ability to cover a much wider portion of the electromagnetic spectrum, the radio telescope shows much more of the inner workings of the universe. The intrinsic composition of interstellar clouds, the birth of stars, and the properties of stars whose lives have passed, are all observable with the radio telescope where these mysteries are masked to the optical instruments. Now with the combination of highly accurate optical and radio imaging, the cosmos is beginning to become comprehensible.

Jim Fredsti is a Research Engineer at
Owens Valley Radio Observatory,
California Institute of Technology,
Big Pine, California, USA.

This article is the second in a series on Radio Astronomy, bookmark this page as the following articles will be uploaded shortly. To return to the first article: first radio astronomy article.


Transit of Venus and the Distance to the Sun

Fig: 1: Earth (blue), Venus (grey) and the Sun (orange), not drawn to scale. If Venus’s orbit (black dashed circle sitting inside grey rectangle) were aligned perfectly with Earth’s orbit (blue dashed circle sitting inside light blue rectangle), then every time Venus passed between Earth and the Sun there would be a transit — Venus would appear from Earth to move across the face of the Sun.

Much has been written and is still being written about the 2012 transit across the Sun by Venus. You can read in many places (here’s a good one) about how rare this transit is, and why it is so rare: naively Venus, which circles the sun more rapidly than does the Earth, should pass between the Earth and the Sun once every orbit (Figure 1), but because the orbits of the two planets are not well aligned (Figure 2) Venus often appears to pass above or below the Sun from the Earth’s perspective.

Rather than rehash what so many have written about, I wanted to add a few little details that aren’t so easy to find on the internet.

You may have read that with a technique based on earlier reasoning from 1678 – 1716 by astronomer Edmund Halley (of Halley’s Comet fame) and James Gregory before him, the transit of Venus in 1761 was used to determine the distance from the Earth to the Sun (and to Venus and all the other planets) with to a precision of about 2 percent, by far the highest precision yet obtained. (It had been hoped the measurement would be about ten times more precise, but an unexpected optical effect, called the “black drop effect”, whose cause still generates controversy, interfered.) But you may not have read that this measurement was based — as are so many measurements of distance in astronomy, out to the relatively nearby stars — on the principle of parallax, the same geometrical fact used by our eyes and brains to produce depth perception, our ability to tell how far away objects are just by looking at them.

Fig. 2: Earth (blue), Venus (grey) and the Sun (orange), not drawn to scale. Venus orbit (black circle within grey rectangle) is tilted relative to Earth’s orbit (blue circle within light blue rectangle.) The degree of tilt is exaggerated here. Since Earth and Venus orbit the sun at different rates, they may pass each other anywhere along their orbits. Top: Most of the time, when they pass each other, Venus lies below or above (green line) the line between the Earth and the Sun (red line) and no transit occurs. Bottom: Only on the rare occasions that the line connecting the Earth and the Sun is also the line where the two orbital planes intersect does Venus lie on or near the same line, leading to a transit.

Without parallax, it isn’t hard to figure out how far Venus is relativo to the Sun — that is, to determine the proporción of the radius of Venus’s orbit LV to the radius of Earth’s orbit Lmi. That’s why it was widely understood quite early in Renaissance astronomy what the relativo distances were from the planets to the Earth and to the Sun. But to determine LV and Lmi separately requires a parallax measurement, and a transit of Venus can provide a good one. The transits of Venus in the 1760s provided a rather precise measurement of Lmi – LV , the “absolute” distance from Earth to Venus and that allowed Lmi and LV and the distances to all the other planets to become known, to a precision of a couple of percent. (There was an earlier measurement of the distance from Earth to Mars that was precise to about ten percent, made in the late 1600s this too was based on parallax, but that’s another story.)

One preliminary point: The Earth and Venus, and even the Sun, are entonces small compared to the distances between them that drawing pictures that are really accurate is basically impossible. When making pictures that illustrate what is going on, it is always necessary to make the planets look bigger than they are, relative to the distances between them, just so you can understand the important conceptual points being made. Do keep this in mind! None of my pictures below are to scale — they can’t be.

The Relative Size of Venus’ Orbit Compared to Earth’s Orbit

Fig. 3: The orbits of Earth (blue) and Venus (grey) around the Sun, approximating the orbits of Earth and Venus as circular and aligned. The Earth orbits the Sun, of course, but at any moment we may choose to draw the Earth as off to the left of the Sun. At that moment Venus may be anywhere in its orbit. Over time, the angle between the Sun and Venus, grows and shrinks, with a maximum that is the angle between the violet and orange lines. Notice this angle is necessarily less than 90 degrees, because Venus’s orbit has a smaller radius than Earth’s.

To understand the basic reason why it is easy to determine LV/Lmi , we’re going to assume, for the purposes of making an estimate and seeing the basic principles involved, that the orbits of Earth and Venus around the sun are circular and that they are aligned — that they lie in the same plane (shown in slanted perspective in Figure 1, and from directly “above” in Figure 3). In fact the orbits of Earth and Venus are slightly elliptical and they are not perfectly aligned (Figure 2), and as noted earlier this explains why transits of Venus are rare. But the ellipticity and non-alignment are minor points for the following argument, so we can ignore them initially, and put them back in later to get more accurate answers (which I would do, carefully, if I were teaching a class for future experts, but won’t do here as it doesn’t add much conceptual understanding.)

What we’re doing here is a physicist’s classic technique make an approximation that is sufficient for current purposes, and don’t work harder than necessary. It’s a very powerful way of thinking about science, and about knowledge in general — any question you ask only needs to be answered to a certain degree of precision, so use the simplest technique that gets you the answer to that level of precision. This method’s been used for centuries, to great effect, and it applies far beyond physics.

Entonces we’ll make the approximation that the orbits are circular and aligned, and the answers we’ll get will be aproximadamente correct, to a few percent. That will be enough to illustrate the basic conceptual principles involved, which is my current goal. You can trust me that it’s possible to make a much more accurate and precise calculation, or you can become an expert and figure it out for yourself. But the approximation used here will not only give a pretty good answer but will be enough to show you why it is easy to figure out the ratio of LV to Lmi, pero no to figure out Lmi or LV separately.

During the year, as Earth and Venus orbit the Sun at different rates, the relative positions of Earth and Venus change relative to the Sun. If, on a particular date (day, month and year), I choose to draw a picture with the Sun at the center and the Earth off to the left, as in Figure 2, then Venus may be anywhere in its orbit, depending on the date. And that means, relative to Earth’s point of view, the angle between Venus and the Sun in the sky will vary, depending on the date. This is shown in Figure 3, where the angle is called γ. The angle is easily measured find Venus is in the sky just after sunset or just before sunrise, and measure the angle between Venus and the Sun see Figure 4.

Fig. 4: An easy way to measure the angles shown in Figure 3 is to look at Venus just after sunset (or before sunrise) when one can see on the sky how far Venus lies from the Sun. The position of Venus will change at each successive sunset, first growing to a large angle, then falling back toward the sun.

What you can see from Figure 3 is that γ has a maximum size, shown by the angle between the orange line and the violet line. As it travels in its orbit, Venus will appear in a different location at each sunset for a while, night after night, it will be in a higher location above the horizon, and then eventually begin to fall back toward the horizon. By watching Venus night after night, just after sunset, and measuring γ night after night, we can determine the maximum value of γ, which I’ll call γmax.

It’s obvious from Figure 3 that (as drawn in Figure 4) γmax is less than 90 degrees, because the violet line must lie between the orange and red lines, which are perpendicular. You can see geometrically that this is a consequence of the fact that Venus is always closer to the Sun than is the Earth. These angles explain why Venus is always visible either just after sunset or just before sunrise (except for the few days when it lies in front of or behind the Sun.) Venus can never be directly overhead after dark, for this would require it to lie to the left of the red line, which it can never do.

Fig. 5: When Venus reaches its maximum angle from the Sun from Earth’s perspective, the two planets and the Sun form a right-angle triangle, from which the ratio of Venus’s orbital radius to that of Earth can be easily determined. However, neither the radius of Earth’s orbit nor that of Venus may be separately determined by this method. (This remains true even in the more realistic case where the orbits are slightly non-circular and slightly tilted relative to one another.)

Now — we can determine the ratio of the radii of the two orbits — of LV to Lmi — using γmax. It’s simple geometry, Figure 5. The point is that when Venus is at its maximum angle from the Sun, the line from the Sun to Venus is perpendicular to the line from the Earth to Venus, and so the lines joining the three objects form a right-angle triangle. From this we obtain, using standard trigonometry, that

And from this (and other simple geometric arguments) we get the ratios of all the distances to the other planets.

Again, this isn’t exactly right, for the reasons mentioned at the start the planetary orbits are ellipses, and the ellipses don’t lie in the same plane. In other words, Lmi and LV aren’t exactly constant over the year, and γmax is actually something more complicated that has to be thought about in three dimensions, as in Figure 2, not two dimensions as in Figures 1, 3 and 5. But with precise measurements over many years of the positions of Venus and the Sun in the sky, it is possible to determine the precise orbits of Venus and the Earth around the Sun, and improve the argument. The main point is the same all of the measurements of the location of Venus and the Sun in the sky allow only a measurement of the relative sizes of the orbits of Venus and Earth. But the overall size — the actual values of Lmi and LV — cannot be determined. A different method is needed.

The Transit of Venus, Parallax, and the Distance to the Sun

If you aren’t familiar with parallax already, or just want a review, you can read my article on parallax.

The reason that a transit of Venus allows for a measurement of the absolute size of the Earth’s orbit and Venus’s orbit is that the transit of Venus can be observed with precision at different locations on the Earth, giving two different high-precision perspectives on the apparent location of Venus relative to the Sun, taken from positions that are separated by a known distance. This parallax measurement (a bit of a tricky one) in turn allows the absolute distance from Earth to Venus to be determined from the parallax angle and the distance between the two observing points on Earth, just as the different views of an object from our left and right eyes allows our brains to provide us with depth perception — a sense for how far away the object is.

Fig. 6: From a large Observing planet (blue), a perfectly aligned transit of a smaller Transiting planet (grey) across a star (orange). Top: seen from the “side”, the apparent location in the sky of the Transiting planet on the surface of the star for an observer on the equator of the Observing planet lies on the equator of the star but for an observer at the south pole of the Observing planet, the Transiting planet appears to be north of the star’s equator by an angle alpha. If the radius R of the large planet is known, this determines D, the distance between the two planets, by simple trigonometry. Bottom: the transits as seen by the observers at the equator (red) and the south pole (violet)

To illustrate the point, let me draw how this would work with large planets so you can see in a figure what’s going on. In Figure 6 I show a planet where a transit is to be Observed (later to be the Earth), and a planet that’s Transiting (later to be Venus), in front of a star. And I’m going to imagine the simplified situation (just to make the geometry more obvious and the basic point easier to visualize at first) where the planets and the star are perfectly aligned (which will not be the case for this year’s transit) so that from the point of view of someone on the equator of the observing planet, the transiting planet will appear to move along the equator of the star. This is shown from the “side” at the top of Figure 6 note the red line from the equator of the observing planet to the star, passing through the equator of the transiting planet.

With this perfect alignment, an observer on the equator of the outer planet will see the inner planet traverse the equator of the star. This is shown as the red curve in the lower part of Figure 6. But an observer at the south pole of the outer planet will see the inner planet traverse the star on a path (violet line) that lies north of the star’s equator. (The reverse would be true at the north pole.) If the angle α on the sky between the paths taken by the transiting planet, as seen from the equator and the pole of the observing planet, is measured, and the radius R of the observing planet is known, then we can draw a right-angle triangle that connects the transiting planet, the center of the observing planet, and the pole of the observing planet, whose small angle is α. Simple trigonometry then tells us that the two planets are a distance D apart during the transit, where

Fig. 7: As in Figure 6, but drawn somewhat more realistically for the case of Earth, Venus and the Sun, emphasizing the tremendous distances, tiny planets, and minuscule angles involved. Again this is shown in the unrealistic case where the orbits of Venus and Earth (and Earth’s axis of rotation) are perfectly aligned.

Now the same applies for the Earth, Venus and the Sun, except that the Earth and Venus are so small, and the distances between them and the Sun so vast, that it turns out that the angle α would be only about 1/20th of a degree! (That’s quite tiny but also quite measurable, but to measure the distance to the Sun precisamente, as 18th century astronomers hoped to do, would require a very precise measurement of this tiny angle, which is not so easy.) That’s far too small an angle for me to draw, so you have to trust me that what actually is happening is just a very extreme version of what I drew in Figure 6, with the planets and the star (the Sun, of course) much smaller than I drew them, relative to the distances. Even what is shown in Figure 7 still makes the planets look far larger than they are. But the idea is the same: the distance DEV between the Earth and Venus during the transit can be determined be measuring the parallax angle α, (bottom of Figure 7 note the sun’s angular diameter is about 1/2 of a degree).

Now there are all sorts of unanswered questions here.

  • I’ve told you how to measure DEV, the distance from the Earth to Venus during the transit. But wasn’t the goal to measure Lmi and LV, the distance from Earth to the Sun and from Venus to the Sun?
  • Nobody went to the Earth’s south pole to watch Venus transit the sun in 1761 or 1769.
  • I assumed the Earth, Venus and the Sun were perfectly aligned, so that a point on the equator of the Earth would see Venus moving across the equator of the Sun. But that certainly isn’t the case, and isn’t even that close to being the case during a typical transit (and it won’t be in 2012, in particular).
  • The angle α is small enough that it is hard to measure precisely — especially since, in the days before photography and instantaneous communication, and lacking a clear indication of where is the Sun’s north pole, ensuring a precise comparison of two measurements of Venus’s path made at two very different locations on the earth would have been very challenging indeed. Yet the original goal was to measure the angle to better than 1 part in 500 (though this was set back to 1 part in 50 by the “black drop effect” mentioned earlier.)

Ok, so how do we get around these issues?

First, how do we go from a measurement of DEV to a measurement of what we want, Lmi and LV? That’s easy, because we already know all the ratios — in particular we already know Lmi/LV (approximately, from Figure 4, or more accurately, if we do our astronomy more carefully) from the maximum angle γmax between the Venus and the Sun as seen from Earth. We also have DEV = Lmi – LV = Lmi (1-LV/Lmi), from Figure 7. So we can get an (aproximado) measure of Lmi mediante el uso

where α is the parallax angle measured during the transit and γmax is the maximum possible angle between Venus and the Sun (Figure 5). Doing it more precisely involves more elaborate geometry, but the basic ideas are the same.

Second, even if the alignment between the planets and the Sun were perfect, the two measurements of Venus’s path don’t have to be made at the equator and either pole of the Earth. They can be made at any two latitudes on the Earth. The geometry gets a tiny bit more complicated, but not much, and the principles remain the same. See Figure 8.

Fig. 8: Even when alignment is imperfect, the same basic principles as in Figure 6 apply, just with more complicated trigonometry observed from points at different latitudes of the Observing planet, the Transiting planet follows two different paths across the sun, due to parallax, and from this observation the distance between the two planets can be obtained.

Third, even without perfect alignment, there will still be a small parallax angle that arises when the measurements are made from two different points on the earth, and if that angle can be measured well, it can be turned (through somewhat more complicated equations) into a measurement of D. This point is also illustrated in Figure 8, at bottom.

Now the fourth issue — the challenge, especially historically, of measuring the angular shift α in the path of the Venus’s transit, is one which leads us to an alternative attempt to try to measure momento — either the duration of the transit, or just the time at the start or the end of the transit — rather than anglos. The first was apparently proposed by Halley, based on earlier ideas of Gregory, and the latter was suggested as a further refinement by Delisle. (Halley’s method did not require different locations to have synchronized time Delisle’s later method did require it, and thus relied on more advanced clock technology.) It’s much easier to make a precise measurement of duration — even back in the 17th or 18th century — or of the moment of the beginning and end of the eclipse — than to precisely measure the location of Venus relative to the Sun’s disk, especially without photography. You can see that the purple and red paths of Venus crossing the sun are of slightly different lengths, because of the fact that they are not crossing the sun at the same location, and that means that duration of the transit will be different by an amount related to the parallax angle. Unfortunately things are more complicated than they look at first — because the Earth is rotating, and moving around the Sun, which means that a given observer is moving a considerable distance while Venus is transiting the Sun. So it takes some real effort (somewhat complicated and tricky, though very easy with modern computers) to determine the difference in the timing of the start and end of the transit that two different observers on the Earth will detect, depending on the distance to the Sun. Halley, at the turn of the 18th century, already understood all of the geometric principles involved (and if you subtract the dated English phraseology and style from his text, you may be impressed by the modern-sounding sophistication of his statements, and you will see that scientists of three hundred years ago were in many ways much like scientists today, possessed of the same intellect and lacking only scientific technology of the present.)

Fig. 9: What a real transit of Venus may look like as observed from different points on the Earth: misaligned with the Sun’s center and with the Earth’s orbital plane. It is easy to see that the lengths of the red line and the violet line that lie in front of the Sun are different this causes the length of the transit to be slightly shorter or longer for different observers on the Earth, in turn allowing an indirect and more precise measurement of the parallax angle.

All this is to say that parallax — that difference in apparent location that observers at a particular time but at different locations on Earth will ascribe to Venus relative to the Sun — was historically an important method by which the overall size of the solar system was determined. Today there are more powerful methods available, but you can enjoy knowing that what you see in the skies today has great historical significance… or you can simply enjoy the vision of Venus proceeding in its stately motion around our star.


Graphical Analyses of the Lengths of the Estaciones

For each chart below you may click on the thumbnail image to view it as a PNG (Portable Network Graphics image) your web browser, or click on the PDF icon to view a higher-quality image of the chart using a PDF reader such as the freely available Adobe Acrobat Reader. All of the images and PDFs are well below 100 KB in size.

All of the following lengths of the seasons charts depict numerical integrations of the season lengths in terms of atomic days, whereas inhabitants of Earth actually experience the seasons as mean solar days. The variation in lengths of the seasons (measured in days), however, is much greater than the changing length of the mean solar day due to tidal forces (measured in milliseconds), so even if the lengths of seasons were replotted in terms of mean solar days there would not be any visually discernible differences.

Nevertheless it is easy to numerically discern the long-term change. The long-term mean season length given here in terms of atomic time is 91 days 7h 27m 12s. At the assumed rate of tidal slowing (mean solar day longer by 1.75 atomic milliseconds per century) the mean solar time season in 100000 BC was about 91 days 7h 29m 55s whereas in 100000 AD the mean solar time season will be about 91 days 7h 24m 35s.

The small wiggles in the plotted lines are not graphic artifacts, but are variations of several minutes from year-to-year caused mainly by gravitational interactions with Moon and to a lesser but non-negligible extent Venus and Jupiter.

At year 2007 AD, Spring = about 92+ 3 /4 days and getting shorter, Summer = about 93+ 2 /3 days and getting longer, Autumn = about 89+ 5 /6 days and getting longer, Winter = slightly less than 89 days and getting shorter, with an average season length in this data set of about 91 days 7h 27m 15s. The significance of the changing season lengths will become obvious in chart #2, next below.

The Northern Hemisphere dominates global weather patterns because it contains most of the land area. With its summer being the longest season and getting longer, while winter is the shortest season and getting shorter, for the next several millennia there will be an unavoidable cumulative trend toward global warming that is being further amplified by greenhouse gases, deforestation, desertification, and heat production by human activities.

In the present era perihelion is about a month ahead of mid-Winter, which it will reach around year 3850, so the length of Winter is approaching an extreme minimum and the length of Summer is approaching an extreme maximum, with correspondingly milder than usual temperatures during both seasons (for the northern hemisphere). The length of Spring will continue its past 2000 year steady decline for about another 4000 years until perihelion approaches the Spring equinox, after which the Vernal Equinoctial Year length will get shorter.

Study this chart carefully, in comparison with the description above of the effect of the perihelion cycle on season lengths, otherwise the longer-term charts below won't make much sense!

In this longer-range view, spanning nearly 3 perihelion cycles, the relationship between Earth orbital eccentricity (lavender curve, secondary y-axis) and the variations of season lengths is evident.

Here we can easily see that the length of the full perihelion cycle, indicated by the intervals between the color-coded vertical gridlines, varies with the significar Earth orbital eccentricity. Perihelion advances at a faster rate as the orbital eccentricity decreases.

Note that when Spring and Autumn are equal at the median, Winter and Summer are at their respective minimum and maximum extremes, but when Winter and Summer are equal at the median, Spring and Autumn are at their respective minimum and maximum extremes, as per chart #2 above.


Why Are Summer Days Long and Winter Days Short?

The Earth's tilt on its axis is what causes the change in the seasons and explains why summer days are longer than winter days. The Earth orbits in an ellipse around the Sun, and because of this, it draws closer to the Sun at some points than at others. It is the direction of the Earth's tilt in its axis that determines the length of days and nights.

An ellipse is an oval shape rather than a circle. In the summertime in the northern hemisphere, the Earth is farther from the Sun because of the ellipse in its orbit, but the angle of the Earth's tilt points the hemisphere towards the Sun, making the days longer. The Sun's angle is also higher during the summer months than the winter months. In the winter, the Earth's orbit draws it closer to the Sun, but the Earth's axis tilts away from the sun, making the days shorter in the northern hemisphere. The summer solstice marks the first day of the summer and the longest day of the year. This is because the North Pole is pointed the closest to the Sun than any other day of the winter. The reverse is true during the winter solstice when the North Pole is tilted the farthest from the Sun.


History of Earth in 24-hour clock

I’m not sure where this is originally from, but I found it on an intro to geology course page. What happens when midnight comes around again?

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28 Comments

The only thing that bothers me is why this is a 24h clock… . )

So that it can be set to the tune of “Two minutes to midnight” by Iron Maiden.

I mean the clock says it’s a 24 hour clock, but the labels on the outside only go from 0 to 12…

Because it uses 24 hours to get from the origin of the Earth to now. Midnight to noon is 12 hours, and noon to midnight is another twelve. Look closer – the labels go from 0 to 12, then 0 to 12 again.

Good point – it would have been easier to comprehend if it used “Zulu time”, e.g. single celled algae would be at 14:08

Zulu is just GMT. It is a time zone, not a format of time. Not trying to be a dick, just informative. :-)

True a 24 hour clock should be in “World Time” or as we call it in the US “Military Time”

¿Quién sabe? We’ll probably never make it past 12:15 AM anyway. And I think I’m being awfully generous in that assessment.

And if they insist on making it a 24hour clock why do the labels show 12 hour notation? They don’t even include an am/pm indicator.

It does say AM on the left side and PM on the right side

Original concept is Carl Sagan’s Cosmic Calendar. But the Tree Of Life (http://evogeneao.com/tree.html) is my favorite take on insignificance of humans in time.

We will find out what happens at midnight come 12.21.2012

Midnight is NOW. So if the earth began 24 hrs ago, we have been here for 1m 17s. At least as of the day the illustration was created

Thank you so much for getting this. The diagram was fascinating, but then I couldn’t believe the author’s mistake when I read “What happens when midnight comes around again?”

Among all the comments that missed it, thank you for being the only one to realize that midnight is the present.

yeah, I thought it was kinda obvious…

These fossils at 5:36am what where they of if the first single cell algae started at 2:08pm? I am guessing bacteria or similar. Took a while to get from bacteria to algae no? Mind blowing stuff.

There’s definitely nitpicking to be had (@NickP points out the 24 hour vs am/pm notation discrepancy), and I would ask why the clock has hands**, but overall I have to say that it packs a lot of useful information into a small space. Certainly I am unable to come up with a better way to represent this information.

**This is a silly point, since without the hands, the entire “clock” metaphor falls apart.

The second day is just like the first day except that kids eat free at Perkins.

Dr. William “Bill” Schopf of UCLA (Earth and Space Sciences) came up with this clock concept as a graduate student in the 60’s. I think he still teaches at UCLA, you should go ask him about it!

compare to the Doomsday Clock of the Bulletin of the Atomic Scientists: http://www.thebulletin.org/content/doomsday-clock/timeline

True that @Joel Goldstick and that is where I have a question. We have been here for 1m and 17s = 77seconds. That is 77seconds of 86400 seconds in 24 hours. This is around 0.089%. If the earth age is 4.5 billion then earliest humans should be around 4 millions years. I looked up and earliest earliest human fossils were found 2.5million years.

If only this info-graphic has told me 24hours = how many years?

The Singularity is at midnight, after that, we go in reverse.

Whoa…I thought God created Earth (oh…and everything else in the time-space continuum) only about 6,000 years ago. The History of Earth Clock seems to imply that Earth has been around a lot longer. This is all so confusing.

Don’t tell me – midnight on this clock is Dec 12, 2012?

I’m sorry but this infographic could have been better server is a different format. I’m really not a fan of this clock. First it’s confusing because it’s a 24 hour clock but the times are given in military time e.g. Sexual Reproduction is at 16:08. Also a clock implies that we’re going to be starting the whole process again. Is that what you’re suggesting? I say a good old-fashioned timeline would be better servered here.

my god are you all thick. its the age of the earth represented as one day. there is no tomorrow in it, 12 midnight is now.


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