Estaciones del año: modelo interactivo de la Tierra

Qué muestra el modelo

En diciembre y enero hace frío en el hemisferio norte porque el eje terrestre lo inclina lejos del Sol, con días más cortos y luz menos directa. No se debe a que la Tierra esté más lejos del Sol. El suelo y los océanos almacenan calor, por lo que el frío puede intensificarse después del solsticio.

Si preguntas por qué hace calor en verano, mucha gente responde que la Tierra está más cerca del Sol. Es una suposición razonable, y es falsa. La Tierra está más cerca del Sol en la primera semana de enero, cuando en Seúl hace más frío y en Sídney más calor. Este módulo muestra lo que sí produce las estaciones: la inclinación del eje de la Tierra y lo que esa inclinación hace con la altura del Sol y con la duración del día.

El Sol está en el centro y la Tierra gira a su alrededor por un camino trazado con las mismas fórmulas solares que calculan los números. Pulsa reproducir y pasarán cuatro días por segundo, mientras la Tierra da una vuelta sobre sí misma cada 2,4 segundos para que veas la línea del día y la noche barrer la superficie. El control de fecha coloca la Tierra en cualquier punto de su órbita de 2026. El control de latitud, o los botones de debajo, eligen un lugar: el Polo Norte, el círculo polar ártico, Seúl a 37,57° N, el ecuador o Sídney a 33,87° S.

El panel de la esquina superior izquierda da los números para esa fecha y ese lugar: la declinación del Sol, la distancia al Sol, la altura del Sol a mediodía, la duración del día con y sin refracción atmosférica, la fracción de la luz solar plena que llega a un metro cuadrado horizontal a mediodía y la media de luz solar por metro cuadrado a lo largo de todo el día en lo alto de la atmósfera. El pequeño dibujo bajo los números compara un haz de luz que cae en vertical con el mismo haz llegando con el ángulo del mediodía de la fecha elegida.

El modelo no está a escala, y no podría estarlo. Si la órbita se dibujara de este tamaño, la Tierra real sería unas 2350 veces más pequeña que la bola que ves, mucho menos que un píxel. Por eso la Tierra está dibujada unas 2350 veces más grande de lo que le corresponde para su órbita, y el Sol unas 35 veces. Aquí el Sol es solo 1,6 veces más ancho que la Tierra; en realidad lo es 109 veces. La forma de la órbita, en cambio, sí es real. Es una elipse de excentricidad 0,0167, y a este tamaño se parece tanto a un círculo que hay que fijarse mucho para ver que el Sol no está en el centro.

La distancia no es la causa

La distancia de la Tierra al Sol sí cambia a lo largo del año. En 2026 el punto más cercano, el perihelio, cae el 3 de enero a las 17:15 UT (el 4 de enero en Corea), a unos 147,1 millones de km. El punto más lejano, el afelio, cae el 6 de julio, a unos 152,1 millones de km. La diferencia es de 5 millones de km, un 3,4 %.

La luz solar se debilita con el cuadrado de la distancia, así que la luz de enero en lo alto de la atmósfera es (152,1 / 147,1)² = 1,069 veces la de julio, un 6,9 % más intensa. Es un efecto real, y los climatólogos lo tienen en cuenta. Pero no puede ser la causa de las estaciones, por dos motivos que se ven en el modelo. Primero, va en sentido contrario para el norte: la Tierra está más cerca durante el invierno del hemisferio norte. Segundo, si la distancia causara las estaciones, todo el planeta tendría verano a la vez. En cambio, Seúl y Sídney tienen estaciones opuestas el mismo día. Pon la fecha en enero y cambia entre las dos ciudades: la línea de la distancia no cambia, pero una ciudad tiene el Sol alto y días largos, y la otra el Sol bajo y días cortos.

Una inclinación que no se mueve

La Tierra gira sobre un eje inclinado 23,44° respecto a la perpendicular al plano de su órbita. Lo importante es que el eje sigue apuntando al mismo lugar entre las estrellas, cerca de Polaris, todo el año. No se inclina hacia el Sol ni se aparta de él a propósito. Simplemente conserva su dirección mientras la Tierra da la vuelta.

Activa «La Tierra en cuatro fechas» para ver copias tenues de la Tierra en los dos equinoccios y los dos solsticios. Sus ejes son paralelos. En el solsticio de junio, el extremo norte del eje queda inclinado hacia el Sol; seis meses después, al otro lado de la órbita, esa misma inclinación aparta el extremo norte del Sol. En los equinoccios la inclinación queda de lado respecto al Sol y ningún hemisferio sale favorecido.

La latitud donde el Sol está justo en el cenit a mediodía se llama declinación del Sol y se escribe δ. Oscila entre +23,44° en junio y −23,44° en diciembre. El punto naranja del globo marca ese lugar. Los anillos discontinuos a 23,44° norte y sur son el trópico de Cáncer y el trópico de Capricornio, lo más lejos del ecuador que llega el Sol en el cenit. El modelo calcula δ a partir de la fecha con las fórmulas de baja precisión del Observatorio Naval de Estados Unidos: primero la longitud eclíptica del Sol λ, y después

δ = asen(sen ε × sen λ), con ε = 23,44°.

La altura del Sol a mediodía

Al mediodía local el Sol cruza el meridiano, la línea norte-sur que pasa sobre tu cabeza. Su altura sobre el horizonte depende entonces solo de tu latitud φ y de la declinación:

altura a mediodía h = 90° − |φ − δ|.

Para Seúl el 21 de junio de 2026, φ = 37,57° y δ = +23,44°, así que h = 90° − 14,13° = 75,9°. El 22 de diciembre δ = −23,43°, así que h = 90° − 61,00° = 29,0°. La chincheta roja del globo marca el punto de mediodía en la latitud elegida, y el modelo también mide en 3D el ángulo entre la vertical local en esa chincheta y la dirección del Sol. Los dos métodos coinciden con una diferencia de menos de 0,01°.

Si la fórmula da un número negativo, el Sol no sale en todo el día. Eso ocurre dentro de los círculos polares en invierno. El panel muestra la altura negativa con una nota.

Cuánto dura el día

Al girar la Tierra, cada lugar recorre su círculo de latitud. La parte amarilla del círculo elegido está de día y la parte azul, de noche. Como el círculo de latitud y la línea del día y la noche están inclinados uno respecto al otro, la parte amarilla es mayor que la mitad en verano y menor en invierno. El ángulo desde el mediodía hasta la puesta del Sol, llamado ángulo horario H, sale de la trigonometría esférica:

cos H = −tan φ × tan δ, y duración del día = 2H / 15 horas (la Tierra gira 15° por hora).

Para Seúl en junio da 2 × acos(−0,7695 × 0,4335) / 15 = 2 × 109,5° / 15 = 14,60 h, es decir, 14 h 36 min. En diciembre da 9 h 24 min.

Esta fórmula trata el Sol como un punto y no tiene en cuenta el aire. Los almanaques cuentan la salida del Sol cuando asoma su borde superior, y la atmósfera curva la luz de modo que el Sol se ve cuando en realidad está unos 0,57° bajo el horizonte. Junto con el radio del Sol, de unos 0,27°, eso se suele expresar como una altura de −0,833°. La fórmula general es

cos H = (sen h₀ − sen φ sen δ) / (cos φ cos δ), con h₀ = −0,833°.

Ese es el segundo tiempo que muestra el panel, «De la salida a la puesta». En Seúl añade unos diez minutos: 14 h 46 min en junio y 9 h 34 min en diciembre. La tabla del almanaque del Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales (KASI) para Seúl da la salida a las 05:11 y la puesta a las 19:57 el 21 de junio de 2026, es decir, 14 h 46 min, y 07:43 y 17:17 el 21 de diciembre, 9 h 34 min. Para el 22 de diciembre KASI da la puesta a las 17:18, un día de 9 h 35 min; las horas están redondeadas al minuto, así que un minuto de diferencia es cosa del redondeo. Esa misma refracción explica que el día del equinoccio en Seúl no dure exactamente 12 horas: KASI da de 06:36 a 18:44 el 20 de marzo de 2026, 12 h 08 min, y el modelo da 12 h 8 min.

El mismo haz en una mancha mayor

La altura importa porque decide cuánto suelo tiene que cubrir una misma cantidad de luz solar. Activa el haz de luz solar: es un haz cuadrado de rayos paralelos, con la misma sección todos los días, que llega al punto de mediodía. Cuando el Sol está alto, la mancha que ilumina en el suelo apenas es mayor que el haz. Cuando el Sol está bajo, los mismos rayos caen sobre una mancha estirada. El factor de estiramiento es 1 / sen h, así que la energía por metro cuadrado es la del haz completo multiplicada por sen h.

A mediodía en Seúl en junio, sen 75,9° = 0,970, un estiramiento de solo 1,03 veces. A mediodía en diciembre, sen 29,0° = 0,485, un estiramiento de 2,06 veces, así que cada metro cuadrado recibe más o menos la mitad de la luz que recibiría con el Sol en el cenit.

El día más largo se suma a esto. La última línea del panel combina los dos efectos en la luz solar media sobre una superficie horizontal en lo alto de la atmósfera durante 24 horas:

Q = (S₀ / π) × (1 / r²) × (H sen φ sen δ + cos φ cos δ sen H),

donde S₀ = 1361 W/m² es la irradiancia solar total a 1 ua, r es la distancia en ua y H va en radianes. Para Seúl son 482 W/m² el 21 de junio y 173 W/m² el 22 de diciembre: 2,8 veces más en junio, aunque entonces la Tierra está más lejos del Sol.

Números que puedes comprobar

Todos los valores son de 2026, con δ a las 12:00 UT. «Día» no tiene en cuenta la refracción; «De la salida a la puesta» usa h₀ = −0,833°.

Dos detalles de la tabla merecen una segunda mirada. En junio, el Polo Norte recibe al día más luz solar en lo alto de la atmósfera que el ecuador: el Sol está bajo, pero no se pone nunca. Y la cifra de Sídney en diciembre, 511 W/m², es algo mayor que la de Seúl en junio. En parte se debe a que Sídney está a menor latitud, y en parte al perihelio: en diciembre la Tierra está un 3,2 % más cerca del Sol que en junio.

Sol de medianoche y noche polar

Elige el círculo polar ártico, a 66,56° N, y lleva la fecha a junio. Todo el círculo se vuelve amarillo: el Sol no se pone. En diciembre el círculo es todo azul. En la fórmula, −tan φ × tan δ pasa de −1 o de +1 y ya no queda ángulo horario que calcular. Sin refracción, el círculo polar ártico tiene el 21 de junio de 2026 23 h 50 min de día, porque la declinación a las 12:00 UT es 23,435°, un poco menos que la inclinación. Con refracción, el Sol se queda arriba las 24 horas completas. Por la misma razón, el día polar llega unos 90 km al sur del círculo.

Por qué los días más calurosos llegan después

La luz solar alcanza su máximo en el solsticio de junio, pero el mes más cálido en Seúl es agosto, y el más frío es enero y no diciembre. La tierra, y sobre todo los océanos, tardan semanas en calentarse y en enfriarse, así que la temperatura va con retraso respecto a la luz. Este modelo solo muestra la luz solar. No simula el aire, las nubes ni el mar.

Qué simplifica el modelo

• Los tamaños y las distancias no están a escala, como se explica arriba. La forma de la órbita es real.
• En pantalla la Tierra da una vuelta cada 2,4 segundos, no 365 veces al año, así que la fecha y el giro no están ligados.
• La chincheta roja muestra el punto de mediodía en la latitud elegida, no una ciudad fija que gira con el globo.
• Los números usan δ a las 12:00 UT. Cerca de los equinoccios δ cambia unos 0,4° al día, lo que mueve la altura a mediodía hasta 0,2° en medio día desde el instante de referencia.
• El dibujo del haz no tiene en cuenta la atmósfera. Con el Sol bajo, la luz real atraviesa además más aire, que la debilita todavía más.
• El mapa de la superficie se dibuja con código a partir de unos cientos de puntos de contorno, con ruido añadido para dar aspereza a las costas. Basta para encontrar Corea y Australia, no para navegar.

De la potencia al mediodía a la energía diaria

La ley del coseno también usa el ángulo cenital z: z = 90° − h, por lo que cos z = sin h. Una fracción de 0.970 significa que una superficie horizontal intercepta el 97.0% del haz recibido por una superficie orientada al Sol. No significa que la atmósfera transmita el 97.0%. No hay ajustes de nubes ni aerosoles. El balance energético de la NASA distingue esta proyección de la reflexión y la absorción atmosférica.

Manteniendo fija la distancia, la comparación de Seúl da 0.970 / 0.485 = 2.00. Con las distancias reales, el haz invernal llega más intenso antes de proyectarse, de modo que la razón de potencias estivales e invernales al mediodía queda algo por debajo de 2.00. La distancia compensa parte del efecto de la inclinación, sin anularlo. La razón de medias diarias es 482 / 173 = 2.79 porque el día estival también dura más. Multiplicar la potencia del mediodía por las horas de luz sobreestima el total: cerca del amanecer y del ocaso, la proyección tiende a cero.

Para un metro cuadrado horizontal hipotético sobre la atmósfera, 482 W/m² × 24 h = 11.568 kWh/m² al día. En invierno, 173 × 24 / 1000 = 4.152 kWh/m² al día. Son cálculos con lecturas redondeadas, no mediciones de un panel solar. La pendiente, las nubes, las sombras y el rendimiento modifican la electricidad producida. Los vatios expresan una tasa; los vatios-hora, energía acumulada. La media diaria no equivale al máximo del mediodía ni a una factura eléctrica.

La misma fecha en distintas latitudes

En el ecuador el Sol no está en el cenit todos los días. En los equinoccios δ cruza 0° y la altura al mediodía es 90°. En los solsticios es 90° − 23.44° = 66.56°. Como tan φ vale cero, el día geométrico se mantiene cerca de 12 horas. Hay dos máximos anuales de altura, no uno como en Seúl. Las estaciones lluviosas y secas tropicales también dependen de la circulación y del desplazamiento de las bandas de lluvia; esta geometría no basta para predecirlas.

Diciembre es verano en Sídney porque su latitud negativa se aproxima a la declinación negativa. Su altura de 79.6° supera los 75.9° de Seúl en junio también porque Sídney está más cerca del ecuador. No atribuya todo a la distancia. Para aislar la diferencia entre hemisferios, compare +37.57° y −37.57° en solsticios opuestos con el deslizador de latitud. La geometría será casi igual, pero seguirá variando la distancia orbital. Los océanos y la circulación complican la comparación de temperaturas reales.

En junio, en el Polo Norte, el Sol rodea el cielo con una altura casi constante durante el día, sin un máximo marcado al mediodía. Su media de 524 W/m² puede superar los 385 W/m² ecuatoriales por la iluminación continua. Eso no hace al polo más cálido: la nieve y el hielo reflejan luz, parte de la energía funde hielo sin elevar su temperatura y el invierno carece de sol durante mucho tiempo. El balance de la NASA distingue radiación incidente y energía absorbida y explica el transporte de calor. Un día estival no describe el clima anual.

Almacenamiento de calor y retraso estacional

El solsticio es un extremo de declinación, no una orden de invertir la temperatura. La superficie sigue calentándose mientras gana más energía de la que pierde. Después de junio, la entrada puede disminuir y aún superar la salida. El máximo térmico llega cuando cambia ese balance. Es parecido al máximo de una tarde despejada después del mediodía, pero el intercambio con suelo y agua profundos impide calcular la estación simplemente alargando una curva diaria.

Como ejemplo simplificado, suponga una ganancia neta de 100 W/m² durante un día: 100 × 86400 = 8.64 millones de julios por metro cuadrado. Con una capacidad calorífica del agua redondeada a 4,200 J/(kg·°C), una capa de 1,000 kg por metro cuadrado se calentaría unos 2.06°C si retuviera toda la energía. Una masa diez veces mayor se calentaría 0.206°C. No es una predicción marina: evaporación, mezcla, corrientes e infrarrojos alteran el balance. Importa la profundidad calentada, además del flujo incidente.

En la página de normales de la Administración Meteorológica de Corea, seleccione Seúl y medias mensuales de 1991–2020. Compare junio con agosto y diciembre con enero, en vez de un año excepcional. El período importa: una normal es una media de referencia, no una promesa para el próximo verano. NOAA también documenta referencias de 30 años. Estos registros térmicos no están en la exposición. Su luz diaria representa una entrada física; los registros describen la respuesta conjunta del aire y la superficie.

Ciclos orbitales más largos que un año

El eje permanece prácticamente fijo durante el año representado, no durante toda la historia terrestre. NASA distingue tres cambios de Milankovitch. La oblicuidad varía entre 22.1° y 24.5° en unos 41,000 años; una inclinación mayor aumenta el contraste estacional en latitudes altas. La excentricidad tiene un ciclo destacado de unos 100,000 años. La precesión axial dura unos 26,000 años. Combinada con cambios orbitales produce ciclos de precesión climática de unos 19,000–23,000 años.

Redistribuyen la luz entre estaciones y latitudes; no aumentan o reducen el Sol en todas partes a la vez. La energía estival del norte influye en la supervivencia de la nieve hasta el año siguiente. La nieve persistente aumenta la reflectividad; también responden los hielos continentales, gases de efecto invernadero y océanos. Una glaciación necesita más explicación que una media anual global o una elipse más ancha. NASA advierte que estos ciclos lentos no explican el calentamiento rápido de las últimas décadas.

El perihelio de enero pertenece a la disposición actual, no a una regla eterna. La precesión desplaza su estación. La Tierra también se mueve más deprisa cerca del perihelio, por lo que arcos de igual ángulo requieren tiempos diferentes y las estaciones astronómicas no duran lo mismo. Estos ciclos no se ajustan aquí: el deslizador, el eje y el cálculo solar corresponden a 2026. Interpretar una glaciación excedería el modelo.

De pie en el suelo

Los botones de la parte baja del escenario cambian entre dos vistas. Desde el espacio se ve toda la órbita: toque la Tierra para elegir una latitud o arrástrela por su órbita para cambiar la fecha. Los colores sobre el globo muestran la luz solar media del día en lo alto de la atmósfera: cálidos en la mitad del mundo que está en verano, fríos en la mitad que está en invierno y azul oscuro donde el Sol no sale.

En el suelo usted está en la latitud elegida bajo un cielo de cristal. El arco amarillo es el camino del Sol en la fecha elegida; los arcos naranja y azul tenues son sus caminos en los solsticios de junio y diciembre. Un palo en el centro da sombra, y una línea fina en el suelo sigue la punta de esa sombra a lo largo del día. Al lado, un haz cuadrado de luz llega al suelo: la mancha amarilla es lo que ilumina ahora y el cuadrado rojo lo que iluminaría con el Sol justo encima. Arrastre el Sol para cambiar la hora. Si todo el arco queda sobre el horizonte, el Sol no se pone (sol de medianoche); si queda por debajo, el Sol no sale (noche polar).

La pestaña de controles añade un experimento con la inclinación. Ponga el eje a 0°, 45° o 90° en lugar de 23,44° y todos los arcos, colores y números cambian con él; son valores del modelo, un experimento mental y no una previsión. Sin inclinación, cada lugar tiene 12 horas de luz todo el año, y a 90° cada polo pasa de meses de día a meses de noche, como Urano. La misma pestaña tiene 12 retos, 10 hallazgos ocultos, un gráfico de todo el año en la latitud elegida, su ubicación o su cumpleaños y un catálogo de 50 entradas: los equinoccios, solsticios y ápsides de 2026 según el Observatorio Naval de Estados Unidos, los 24 términos solares, monumentos construidos según la salida y la puesta del Sol y calendarios que celebran los solsticios y los equinoccios.

Comprobaciones en pantalla

Pause antes de comparar. Elija Seúl y el solsticio de junio; anote altura, duración y media diaria. Pase a diciembre sin cambiar latitud: unos 75.9° pasan a 29.0° y 14 h 36 min a 9 h 24 min sin refracción. Apague y encienda el haz para identificar la huella. Las cifras no dependen de mostrar el dibujo: el interruptor cambia la ilustración, no las condiciones físicas.

En el ecuador, compare solsticios y equinoccios: el día apenas cambia, pero la altura aumenta hacia los equinoccios. En el Polo Norte compare junio y diciembre, leyendo duración y media conjuntamente. Un Sol bajo no garantiza poca energía diaria. En el polo se aplica el caso límite de día o noche completos; un coseno inverso fuera de su dominio no significa horas negativas.

Con las cuatro fechas superpuestas compruebe que los ejes siguen paralelos al otro lado del Sol. La Tierra no bascula cada semestre. Distinga mediodía solar y 12:00 del reloj: longitud, husos y ecuación del tiempo desplazan el cruce del meridiano. La pantalla muestra altura al mediodía solar, no un pronóstico para una hora civil. Anote fecha y latitud para reproducir cualquier cifra.