Historia de las coordenadas geográficas

El mapa de Eratóstenes es el primero en establecer un sistema de coordenadas y divide a la tierra habitada en departamentos, a los que denominó sphragidas. Estos departamentos se apoyaban en dos ejes perpendiculares: uno con dirección Norte-Sur, que era el meridiano que pasaba por Siena y Alejandría, y el otro, un paralelo de oeste a este, que pasaba por las columnas de Hércules, Atenas y Rodas.

Eratóstenes fue el primer astrónomo que calculó con notable aproximación la inclinación del eje de la Tierra y el primero que midió, también con gran precisión, la longitud de su diámetro y su circunferencia.

Además, el cirenaico fue también “el inventor de la esfera armilar, el introductor del año bisiesto en el calendario prejuliano y el primero en concebir la geografía como una ciencia”, tal como destaca Mariano Gómez en el artículo ‘El cielo y la tierra desde Alejandría’, publicado en en número 72 de la revista de la Sociedad Geográfica Española (SGE).

El cálculo de la latitud

Si nos referimos a la latitud, es la distancia entre un punto de la superficie de la tierra y el Ecuador. Se mide en grados, desde 0º en el Ecuador a 90º en el Polo Norte y 90º en el Polo Sur. Tanto los fenicios (600 AC) como los polinesios (400 AC) usaban los cielos para calcularla. A lo largo de los siglos, fue aumentando la complejidad de los artefactos para medirla. Es el caso, por ejemplo, del gnomon y el kamel árabe, con los que se medía la altura del sol y las estrellas sobre el horizonte.

Los primeros instrumentos utilizados en el mar para medir la latitud fueron el cuadrante y el astrolabio. Fueron utilizados durante años por los astrónomos para medir la inclinación de las estrellas. De este modo, el cálculo de la latitud se resolvía de manera relativamente sencilla, mediante la duración del día o la altitud del sol o según las estrellas circumpolares.

Así, por ejemplo, Cristóbal Colón siguió un camino recto al atravesar el Atlántico cuando navegó por el paralelo en su travesía de 1492.

Por cada 15 grados que uno se desplazaba hacia el Este, se adelantaba una hora con respecto a la original. De la misma forma, cuando nos desplazamos hacia el Oeste, perdemos una hora con respecto a la hora del lugar de partida. Pero conocer la latitud no era suficiente, era necesario también conocer la longitud.

El cálculo de la longitud

La longitud es por su parte la porción del ecuador de la tierra entre el meridiano de un lugar dado y el primer meridiano expresado en grados este u oeste del primer meridiano, hasta un máximo de 180 grados. Se trata por tanto de semicírculos que pasando por los polos son perpendiculares al Ecuador. Son algo parecido a los gajos de una naranja.

Cada meridiano esta compuesto por dos semicírculos, uno que contiene al meridiano considerado y otro al meridiano opuesto (antimeridiano). Cada meridiano y su antimeridiano dividen la tierra en dos hemisferios, occidental y oriental. El oriental será el situado al este del meridiano considerado y el occidental el considerado al oeste. Por cualquier punto de la superficie terrestre se puede trazar un meridiano.

Un meridiano «especial» es el de Greenwich, el cual, a modo de convención, divide la tierra en dos hemisferios. El hemisferio Este u oriental, que queda situado al este de dicho meridiano y hemisferio Oeste u occidental al oeste del mismo.

Los meridianos se denominan, de manera similar a los paralelos, por su distancia angular (longitud) respecto al meridiano de Greenwich y para evitar imprecisiones se denominan meridianos Este u Oeste según estén al este o al oeste de aquel meridiano.

Aproximación a la medida de la longitud de Hiparco de Nicea

Hiparco de Nicea, un astrónomo griego (190–120 AC) fue el primero en especificar una localización utilizando la latitud y la longitud como coordenadas.

Hiparco defendía que un mapa geográfico debía basarse únicamente en medidas astronómicas de latitudes y longitudes y triangulación para encontrar distancias desconocidas. ​Así, fue el primero en utilizar la cuadrícula de grados, para determinar la latitud geográfica a partir de observaciones estelares, y no solo de la altitud del Sol, un método conocido mucho antes que él.

También fue el primero en sugerir que la longitud geográfica podría determinarse mediante observaciones simultáneas de eclipses lunares en lugares distantes. Para ello medía el tiempo en que comenzaba y terminaba un eclipse lunar, para establecer la diferencia entre este tiempo absoluto y la hora local. Sin embargo, su método requería un reloj preciso, algo que aún estaba por inventarse.

El reloj para el cálculo de la longitud

En 1530, el astrónomo holandés Regnier Gemma Frisius propuso un nuevo método para calcular la longitud mediante un reloj. El reloj se pondría en hora a la salida y se mantendría en hora absoluta, que podría compararse con la hora local a la llegada. Desafortunadamente, no estarían disponibles relojes suficientemente precisos hasta 230 años más tarde, pero cuando lo estuvieron, se demostró que el método que utilizó Frisius funcionaba.

Determinar la longitud era clave para la seguridad de los navegantes y el desarrollo del comercio marítimo. Así,  el interés en hallar el mecanismo que aportara la mayor precisión posible a las mediciones tuvo como consecuencia la convocatoria sucesiva de premios que animaban a la investigación en este campo.

Premios para el cálculo de la longitud

Es el caso de Felipe II de España, quien en 1567 ofreció un premio a cualquier persona que pudiera aportar una solución a la medición de la longitud. Le siguió en 1598 por un desafío similar de Felipe III. Galileo Galilei escribió por entonces diciendo que los eclipses de las lunas de Júpiter revelarían el secreto, si bien no se siguió esa teoría.

En 1667, el astrónomo italiano Giovanni Cassini visitó el observatorio de la Academia Real de Ciencias de París. Francia empezó a tomar la delantera de este tipo de investigaciones, con sucesivas expediciones científicas. Como había sugerido Galileo, Cassini utilizó las lunas de Júpiter para cartografiar el mundo. Los eclipses de las lunas de Júpiter se cronometraron en París mediante un reloj de péndulo.

En 1681, Cassini viajó a la isla de Gorée, en las inmediaciones de Senegal, para repetir sus mediciones. La hora absoluta se encontró en la isla observando los eclipses y esta se comparó con la hora local (obtenida usando el sol), lo que permitió calcular la longitud de la isla. El problema de determinar la longitud en tierra se había resuelto, pero el método era inútil en el mar porque los movimientos de un barco hacían imposible cronometrar con precisión los eclipses de las lunas de Júpiter.

La medición de la longitud en el mar

En 1714, el Parlamento inglés ofreció un premio de 20.000 libras esterlinas a quien pudiera determinar la longitud en el mar con una precisión de medio grado (o dos minutos: la Tierra gira 360° en 24 horas, por lo que cada grado de longitud corresponde a cuatro minutos).

Muchos científicos eminentes se pusieron manos a la obra, pero fue un desconocido relojero aficionado de Yorkshire, John Harrison, quien aceptó el desafío. Vio el tiempo como la clave y consideró que si se podía determinar la hora local (a partir de la posición del sol) y la hora en algún punto de referencia (como Greenwich), se podía calcular la diferencia horaria entre ambas. A partir de esto, podrías calcular lo separados que estaban los dos lugares en términos de longitud.

El problema era que no existía ningún reloj que permitiera marcar la hora con precisión en el mar, donde los péndulos eran notoriamente poco fiables. Entonces, incluso si la hora local pudiera determinarse a partir del sol del mediodía, no había tiempo para compararla.

El reloj de Harrison

Después de varias décadas y muchos cambios de diseño, Harrison finalmente fue capaz de fabricar su cronómetro marino. Se trataba del H4, un reloj accionado por resorte que podía medir la longitud dentro del medio grado requerido para el premio de 20.000 libras. A pesar de esto, Harrison inicialmente recibió solo la mitad de la cantidad prometida.

En un viaje de Inglaterra a Jamaica, entre 1761 y 1762, el H4 perdió sólo cinco segundos en más de dos meses en el mar. Ahora era posible para un navegante determinar la hora local midiendo el mediodía y compararla con la hora absoluta, que se había fijado en un cronómetro preciso al comienzo del viaje.

Con esta información, podría determinar el número de grados de longitud que había atravesado durante su viaje. Por fin, ahora se podían determinar con precisión tanto la latitud como la longitud. De este modo, por primera vez, se podía fijar en qué lugar de la Tierra se encontraba una persona.

Sistemas de Pocionamiento Global (GPS)

Hoy la posición se mide electrónicamente a través del GPS (Sistemas de Posicionamiento Global, por sus siglas en inglés). Se trata de un sistema mundial de radionavegación compuesto por una constelación de satélites y sus estaciones terrestres.

Estas «estrellas artificiales» se utilizan como puntos de referencia para calcular la posición terrestre con una precisión de unos pocos metros. De hecho, con formas avanzadas de GPS se pueden realizar mediciones con una precisión de un centímetro.

¿Cómo funcionan las coordenadas geográficas?

Fuentes:

(1) The open University / latitude and longitude.
(2) Historia de la longitud / Wikipedia .
(3) John Harrison and The longitude problem.
(4) La Medición de la Tierra. Nº 76 de la revista de la Sociedad Geográfica Española.