Consideremos un ejemplo con un planeta imaginario. En este sistema solar, el planeta completa una órbita alrededor de su sol en 8,6 días solares, en lugar de 365 días, como lo hace la Tierra. (Estoy usando un año más corto porque magnifica la diferencia entre los días solares y estelares, para que puedas verlo más fácilmente).
Aquí hay una animación que muestra la diferencia entre los días solares y estelares de este planeta. La flecha muestra cuando cierto punto del planeta apunta a una estrella distante (que sería camino fuera del marco) o en su sol. El instante en que apunta al sol es cuando el sol estaría en el punto más alto del cielo para un observador en ese lugar.
Vídeo: Rhett Allain
Tenga en cuenta que para un día estelar, el planeta realmente hace una revolución completa, con un tiempo de 0,648 «unidades de tiempo». (También inventé unidades de tiempo imaginarias para este ejemplo). Sin embargo, en este punto del movimiento, el sol no está de vuelta en el mismo lugar en el cielo del planeta, porque durante ese día estelar el planeta se movió. Se necesitan 0,726 «unidades de tiempo» antes de que la flecha apunte de nuevo al sol. Entonces, en este caso, el día solar es un poco más largo que un día estelar, como en la Tierra.
¿Es posible que el día solar sea corto que el día estelar? Sí. Si el planeta gira en una dirección opuesta a su rotación orbital, entonces esta rotación hacia atrás hará que el sol regrese antes al punto más alto. Esto es lo que parece:
Vídeo: Rhett Allain
Sin embargo, debido a la forma en que se forman los sistemas solares, los planetas generalmente giran en la misma dirección que su movimiento orbital. En nuestro sistema solar, solo Venus gira hacia atrás. (Está bien, Urano gira de lado; no estoy seguro de si eso cuenta como al revés). Pero aún así, el punto es que un día solar es diferente a un día estelar.
Cambios en un día solar
Para nuestro planeta ficticio, la duración de cada día solar era la misma que la del día solar anterior. En la Tierra, esto no es cierto. La diferencia es que nuestro planeta imaginario tenía una órbita circular y la órbita de la Tierra no es perfectamente circular, es cercana, pero no exacta.
Así es como se vería el planeta imaginario con una órbita elíptica. Nota: No estoy mostrando la rotación del planeta sobre su eje. En cambio, tengo una flecha vectorial roja para representar la velocidad del planeta: cuanto más larga es la flecha, más rápido se mueve el planeta.
Vídeo: Rhett Allain
Observe que cuando el planeta se acerca al sol, se acelera. Luego se ralentiza cuando se aleja. Hay un par de formas de explicar este fenómeno, pero voy a usar la idea del momento angular.
Para ser honesto, las matemáticas necesarias para comprender completamente el momento angular pueden volverse un poco feas. Entonces, en cambio, solo voy a explicar esto con una buena demostración.