La UVa, en un grupo internacional para perfeccionar el modelo de la rotación de la Tierra

Aunque aparentemente la Tierra da una vuelta sobre sí misma en apenas un día de forma completamente regular, la realidad es que el movimiento de rotación de la Tierra presenta algunas variaciones. La determinación de éstas, aunque extremadamente compleja, es fundamental para algunas aplicaciones científicas y tecnológicas. De ahí que la comunidad científica internacional trabaje desde hace décadas en mejorar los modelos que explican y predicen tales variaciones, logrando importantes avances dentro del marco de una disciplina denominada, en su más amplia acepción, Mecánica Celeste.

En 2003, gracias a un proyecto colaborativo desarrollado por un grupo de científicos europeos, entre los que figuraban investigadores de la Universidad de Valladolid (UVa), en España, se logró reducir el error formal, pasando de cinco metros a tres centímetros. Por su trascendencia, este hito fue reconocido con el Premio Descartes de investigación que otorga la Unión Europea.

En los últimos años la Unión Astronómica Internacional (UAI), junto con otras organizaciones internacionales, trata de precisar aún más estos modelos, minimizando este error hasta reducirlo al orden milimétrico. Para ello, en 2013 se creó en su seno un grupo de trabajo para avanzar en esta línea (WG on Theory of Earth Rotation). Este grupo se divide en tres subgrupos de trabajo atendiendo, básicamente, a las distintas partes en las que se suele descomponer el movimiento de rotación de la Tierra. Uno de ellos, el dedicado a la nutación y la precesión, está dirigido por el docente e investigador Juan Getino, coordinador del Grupo de Investigación Reconocido (GIR) de Mecánica Celeste de la Uva, con la colaboración de Alberto Escapa, también perteneciente al mismo GIR y miembro del Comité Organizador de la comisión A2, Rotation of the Earth, de la UAI.

“Para estudiar la rotación de la Tierra en profundidad y lograr una mejora de los modelos es necesario considerar cada vez modelos de la Tierra más elaborados, lo que conlleva una complicación del aparato físico-matemático necesario para plantear y resolver el problema. En esencia, ello es debido principalmente a que la Tierra es un elipsoide que interacciona gravitatoriamente con el Sol y la Luna. Debido a esta interacción el eje de rotación de la Tierra ejecuta una especie de balanceo muy lento, llamado precesión, describiendo un cono cuyo vértice es el centro de la Tierra con un período de unos 26 000 años, recordando el movimiento de una peonza. Además, a la precesión se le superpone otro movimiento, la nutación, que es un pequeño vaivén sobre el cono descrito anteriormente, con periodos que van desde los 18 años a apenas unas horas", explica.

La consideración de modelos más realistas de la estructura terrestre es una de las principales causas, aunque no la única, para obtener una solución cerrada de este problema. Así, “La Tierra no es un cuerpo rígido, sino que se deforma (mareas), y además está compuesta por varias capas: manto, núcleo externo líquido y núcleo interno sólido, que complican enormemente el problema. También es preciso considerar los efectos derivados de la atmósfera, los rozamientos entre las distintas capas, etc. En definitiva, son muchos los efectos que se deben incorporar si queremos alcanzar el milímetro de precisión", agrega.

Existen diferentes formas de abordar el estudio de la rotación de la Tierra. Una de ellas utiliza métodos analíticos mediante los que se derivan “fórmulas" que permiten obtener predicciones para las variaciones del movimiento de la rotación de la Tierra, explicando claramente el origen de las mismas, a diferencia de otras soluciones qué únicamente se dedican a la obtención de valores numéricos.

“La mayor parte de la comunidad científica trabaja actualmente con modelos no analíticos. Nosotros nos centramos en el analítico y eso nos diferencia de los demás. Queremos obtener mayor precisión y esto requiere dos fases: mejorar el modelo incluyendo más efectos e investigar en el aspecto puramente matemático. Ninguna ecuación se resuelve exactamente, sino que lo que se hace es emplear métodos de aproximación. De este modo, la exactitud de la solución también depende de aspectos netamente matemáticos, es decir, de la forma matemática en que estés aproximando esa solución. En algunos casos, el aumento de la precisión asociado al correcto tratamiento matemático puede ser mayor que el obtenido al incluir más efectos en el modelo", concluye Getino. Esta es línea de investigación, en la que el grupo de la UVa es pionero, será la que se desarrolle en el marco de la UAI.

Respecto a la importancia de aumentar la precisión en el conocimiento de la rotación de la Tierra, el investigador detalla que sistemas como GPS o Galileo, y en general cualquiera que utilice satélites para su desarrollo, tendrían un error mucho menor. Por otro lado, un mejor conocimiento de la rotación de la Tierra permitiría, a través de medios indirectos, saber más sobre el interior de la Tierra, uno de los aspectos que más intriga a la comunidad científica.

El Grupo de Mecánica Celeste de la UVa, adscrito al Departamento de Matemática Aplicada, inició su actividad en 1993. En ese año, el profesor Juan Getino regresó de su primera estancia en Japón junto al profesor Hiroshi Kinoshita, el padre de unas de las teoría oficiales de la rotación de la Tierra más importantes. Con el objetivo de continuar y ampliar el trabajo de Kinoshita, Getino contactó con algunos otros profesores universitarios y crearon el Grupo.

En 2005, la UVa les reconoció como Grupo de Investigación Reconocido (GIR) y en el año 2007 obtuvieron el sello de Grupo de Investigación de Excelencia (GIE) de la Junta de Castilla y León. Además de Juan Getino como coordinador, el Grupo está formado por los profesores José Miguel Farto Álvarez, Amelia García Garrosa, Pablo Martín Ordoñez y Luis Alberto Escapa García, actualmente en la Universidad de León.

Por otra parte, la colaboración con la Universidad de Alicante es cercana y constante. En ella se encuentra el profesor José Manuel Ferrándiz, presidente del grupo de trabajo sobre la rotación de la Tierra de la UAI y uno de los mayores expertos internacionales en la materia, con quien los investigadores de la UVa mantienen una estrecha cooperación. (Fuente: UVA/DICYT)