Historia de la navegación astronómica para niños

La navegación astronómica es el arte y la ciencia de determinar la posición de un barco o aeronave usando la observación de cuerpos celestes como el Sol, la Luna, las estrellas y los planetas. Antes de la invención de la tecnología moderna como el GPS, esta era la forma principal en que los marinos sabían dónde estaban en el vasto océano.

Observaciones sin cronómetro: ¿Cómo se medía la posición antes?

Lámina de un astrolabio andalusí del siglo XI (M.A.N., Madrid).

Al principio, los marinos usaban instrumentos sencillos para saber su posición.

Astrolabio: Un invento antiguo

El astrolabio fue inventado por los antiguos griegos y llegó a la península ibérica alrededor del siglo XI gracias a los árabes. Desde allí, se extendió por toda Europa. Era muy popular al final de la Edad Media y durante el Renacimiento. Para usarlo, se necesitaban tres personas y no era muy preciso, con un error de dos a cuatro grados. Se usaba para encontrar la latitud (qué tan al norte o al sur estás) observando la estrella polar o el Sol cuando pasaba por el punto más alto del cielo.

Ballestilla y Kamal: Instrumentos para una persona

La ballestilla de cruceta fue un invento medieval que podía usar una sola persona. Sin embargo, era difícil de manejar porque había que alinear un extremo con el horizonte y el otro con el astro al mismo tiempo.

Otro instrumento árabe medieval era el kamal. Funcionaba de manera similar a la ballestilla, pero era una tablilla con un cordel con nudos. El observador sostenía un nudo entre los dientes para fijar la distancia de la tablilla a sus ojos. Los nudos estaban marcados para corresponder a la latitud de diferentes puertos, lo que ayudaba a saber si el observador estaba más al norte o al sur.

Cuadrante de Davis: Mejorando la precisión

En 1590, Davis inventó el cuadrante que lleva su nombre. Este instrumento permitía a una sola persona medir la altura del Sol con más precisión que un astrolabio. El observador se ponía de espaldas al Sol y alineaba la sombra del Sol con el horizonte. Esto era más fácil que la ballestilla porque solo se necesitaba una línea de visión. El cuadrante de Davis fue mejorado varias veces con el tiempo.

Hasta mediados del siglo XVIII, la latitud se calculaba observando la altura de la estrella polar ("regimiento del Norte") o la altura del Sol al mediodía ("regimiento del Sol"), usando el astrolabio y luego el cuadrante. Los marinos tenían tablas que les daban la posición del Sol para cada día, lo que les ayudaba a determinar su latitud.

Sextante: Un gran avance

Alrededor de 1750, se inventó el sextante. Este instrumento permitía medir la altura de los astros con mucha más precisión, lo que mejoraba la exactitud de la latitud. Aunque el sextante era más complicado y caro, con el tiempo se convirtió en el instrumento principal, y con algunas mejoras, se usó hasta el siglo XX.

Aun así, los marinos no tenían una forma precisa de saber su longitud (qué tan al este o al oeste estaban) usando solo observaciones astronómicas. Gracias a la invención del telescopio y los avances en la astronomía, a finales del siglo XVIII se pudo predecir la posición de los astros con mucha exactitud. Fue entonces cuando el Real Observatorio Británico de Greenwich comenzó a publicar el almanaque náutico, que todavía hoy es una herramienta fundamental para la navegación astronómica.

Desarrollo del cronómetro: La clave para la longitud

Cronómetro marino montado sobre anillos cardánicos

Antes del año 1700, ya se sabía teóricamente cómo calcular la longitud geográfica usando observaciones astronómicas, como los eclipses de Luna o la posición de los satélites de Júpiter. Estos métodos se usaron con éxito para medir la distancia entre América y España en el siglo XVI, y para el Mediterráneo a finales del siglo XVII.

Sin embargo, estos métodos no eran prácticos para los marinos en el mar. Para saber la longitud, un navegante necesitaba conocer la hora exacta en un lugar de referencia (como Greenwich) en el momento de su observación. Hasta entonces, el tiempo a bordo se medía con relojes de arena que se volteaban cada media hora, un sistema muy impreciso. El gran desafío era, por lo tanto, tener un reloj muy exacto.

La búsqueda del cronómetro marino

Varios países ofrecieron recompensas a quien inventara un cronómetro que funcionara bien en el mar. A mediados del siglo XVIII, Inglaterra ofreció una gran suma a quien pudiera determinar la longitud geográfica en el mar con una precisión de 60 millas después de un viaje de seis semanas. Esto significaba que el reloj debía ser preciso en unos cuatro minutos después de seis semanas, algo muy difícil para la época.

La invención del cronómetro no fue solo aplicar tecnología existente, sino que requirió desarrollar nuevas tecnologías. Desde que Galileo descubrió el movimiento constante del péndulo, muchos intentaron crear un reloj basado en él, pero no funcionaban bien en un barco en movimiento.

John Harrison y sus cronómetros

John Harrison fue quien logró construir los primeros cronómetros "transportables" en el siglo XVIII. Su primer modelo pesaba 30 kilos y necesitaba soportes especiales para mantenerse estable, lo cual era imposible con mal tiempo. Solo su "Harrison IV" fue realmente efectivo en el mar. Después de años de trabajo y mejoras, se lograron fabricar cronómetros prácticos y que podían producirse en serie.

A principios del siglo XIX, los cronómetros útiles comenzaron a fabricarse, aunque eran muy caros. Por eso, muchos barcos siguieron navegando sin ellos durante la primera mitad del siglo. Una vez que el cronómetro estuvo disponible, los marinos tuvieron las herramientas básicas para la navegación astronómica que se usaron hasta mediados del siglo XX: el sextante, el cronómetro y el almanaque náutico.

Observaciones cronometradas: Calculando la longitud

Con el cronómetro, se pudo determinar la longitud geográfica. Generalmente, se hacía así: El piloto calculaba su latitud como siempre, observando el Sol al mediodía. Esta era la "observación meridiana". Luego, hacía una "observación cronometrada" de otro astro (como una estrella) que estuviera al este o al oeste, anotando la hora exacta del cronómetro. Con la latitud estimada y los datos de la observación cronometrada, podía calcular su longitud geográfica. A este proceso de cálculo se le llama reducción de la observación.

Correcciones necesarias

A medida que los sextantes se hicieron más precisos, se empezaron a tener en cuenta y corregir errores que antes se ignoraban. Algunos de estos errores eran:

• Errores del propio instrumento.
• La Refracción atmosférica (la luz se desvía al pasar por la atmósfera).
• La depresión del horizonte (el horizonte se ve más bajo desde un barco).
• El Paralaje (la aparente diferencia de posición de un objeto visto desde diferentes puntos, importante para la Luna).
• El semidiámetro (el tamaño aparente del Sol o la Luna).

Comparación con la topografía: Diferentes desafíos

Los fabricantes de mapas y topógrafos en tierra también necesitaban determinar su posición con observaciones astronómicas, pero sus métodos eran diferentes a los de los marinos. Un marino tiene una vista clara del horizonte, pero en tierra firme no siempre es así. Por otro lado, un observatorio terrestre puede medir el acimut (la dirección de un astro) y el momento exacto de su paso por el meridiano con mucha precisión, algo que un marino no podía hacer fácilmente. Por eso, los sistemas eran distintos.

Desarrollo de métodos de reducción modernos

Método de Sumner: La línea de posición

En 1837, el capitán Sumner se acercaba a la costa inglesa después de varios días de niebla. Una breve apertura en las nubes le permitió hacer una observación. Como no estaba seguro de su latitud, decidió calcular la longitud asumiendo diferentes latitudes. Descubrió que todas las posiciones resultantes formaban una línea recta que pasaba por un faro. Aunque no sabía su latitud exacta, sí sabía que estaba en algún punto de esa línea. Así, pudo seguir la línea hasta avistar el faro. Al capitán Sumner se le atribuye la invención del concepto de "Línea de Posición" (LP). Hoy sabemos que una LP es parte de un círculo llamado circunferencia de alturas iguales, donde cualquier observador vería el astro a la misma altura.

El método de Sumner fue aceptado rápidamente por los pilotos. Sin embargo, el cálculo era complejo y debía hacerse dos veces. Además, el astro observado debía estar casi al este o al oeste.

Método de St. Hilaire: Simplificando los cálculos

A finales del siglo XIX, se buscaba simplificar los cálculos y mejorar la precisión. Hacia 1872, el capitán francés Marcq Saint Hilaire publicó un método de aproximaciones. En 1877, otros publicaron un sistema similar que se popularizó con el nombre de St. Hilaire. Este método se extendió rápidamente y fue el más usado.

Con este método, el piloto asume una posición aproximada. El resultado es una Línea de Posición (LP) que siempre será la misma, sin importar la posición asumida para el cálculo. El procedimiento es el siguiente: el piloto observa un astro y anota la hora y la altura observada. Luego, calcula la altura que debería ver si estuviera en su posición asumida. La diferencia entre la altura observada y la calculada le da una distancia. Trazando una línea desde la posición asumida en la dirección del astro y midiendo esa distancia, se obtiene un punto. Una línea perpendicular a la dirección del astro en ese punto es la LP. El navegante sabe que está en algún lugar de esa LP. Al cruzar varias LP de diferentes astros o del mismo astro en diferentes momentos, se obtiene la posición real.

La gran ventaja del método de St. Hilaire es que no requiere que el astro esté al este o al oeste, funciona con cualquier observación. Aunque era muy diferente al método de Sumner, con el tiempo se convirtió en el estándar.

Tablas pre-calculadas: Más rapidez

Los métodos como el de St. Hilaire eran útiles, pero lentos para los pilotos de aviones, que necesitaban saber su posición mucho más rápido. En la década de 1940, se empezaron a publicar tablas con cálculos ya hechos. El piloto solo tenía que buscar en las tablas con su latitud asumida, la posición del astro y la diferencia horaria, y obtenía la altura y la dirección calculadas.

Esto obligaba al piloto a asumir una latitud y longitud que fueran números enteros, pero a cambio, se ganaba mucha velocidad. Estos métodos se desarrollaron mucho después de la Segunda Guerra Mundial, con tablas como las H.O. 249 para aviadores y H.O. 229 para marinos.

Cálculo electrónico: La era digital

Con la llegada de las calculadoras programables y las computadoras en las últimas décadas del siglo XX, la reducción de observaciones se volvió instantánea y sin necesidad de tablas. Los métodos manuales pasaron a ser solo para emergencias. También se crearon programas que calculaban las coordenadas astronómicas, haciendo innecesario el almanaque náutico.

Presente: ¿Todavía se usa la navegación astronómica?

Con el desarrollo del sistema GPS y otros sistemas de navegación por satélite, que están disponibles en todo el mundo y con receptores mucho más baratos que un sextante, la navegación astronómica ha dejado de ser la forma principal de saber la posición.

Hoy en día, la navegación astronómica se está perdiendo y solo sobrevive como un interés para aficionados. La Academia Naval de Annapolis en Estados Unidos ya no exige a sus cadetes que aprendan navegación astronómica, porque ya no es esencial.

Sin embargo, en España, todavía se requiere este conocimiento para obtener el título deportivo de Capitán de Yate. Esto se debe a que la tecnología GPS depende de aparatos electrónicos que pueden fallar, mientras que la navegación astronómica, aunque menos precisa y más compleja, ofrece un sistema de respaldo si los sistemas electrónicos dejan de funcionar.

De manera similar, las escuelas náuticas mercantes en México y Perú todavía incluyen la navegación astronómica en sus programas. En los barcos mercantes, es obligatorio realizar al menos una observación astronómica al día para verificar que los equipos electrónicos funcionen correctamente. En la Escuela Naval del Perú y la Escuela Nacional de Marina Mercante de Perú, se exige a los cadetes que apliquen la navegación astronómica para fomentar su práctica y es un requisito para ascender.

Recientemente, un profesor de la Universidade da Coruña, el Dr. Pita Porta, ha desarrollado un nuevo método de posicionamiento astronómico que ayuda a eliminar errores y conocer mejor la precisión de las observaciones.

Véase también

En inglés: History of navigation Facts for Kids

• Navegación
• Almanaque náutico
• Sextante
• Recta de altura
• Algoritmo de navegación
• Sextante Bris