Para ubicar un astro sobre la esfera celeste puedes utilizar diferentes sistemas de coordenadas. El más intuitivo es el llamado sistema de coordenadas horizontales (altura y azimut), aunque tiene el inconveniente de que los valores de estas coordenadas dependen de tu ubicación y de la hora exacta de observación. Por este motivo es frecuente utilizar el sistema de coordenadas ecuatoriales (declinación y ascensión recta) para dar la posición de un objeto celeste.
Coordenadas horizontales (o altacimutales)
Si imaginas el cielo como una semiesfera sobre tu cabeza puedes definir la posición de cualquier punto midiendo su altura sobre el horizonte y la dirección de observación respecto a un punto cardinal de referencia (habitualmente el Norte aunque otras convenciones utilizan el Sur).
La altura se mide en grados que varían de 0 grados en el horizonte a 90 grados sobre tu cabeza, es decir, en el zénit. La dirección de observación, denominada azimut, se mide en grados de desplazamiento respecto al un punto cardinal. Si utilizas por convención el Norte, siguiendo las agujas del reloj, tendrás el Norte a 0 grados de azimut, el Este a 90 grados, el Sur a 180 y el Oeste a 270 grados. Existen otras convenciones que utilizan el Sur o van en sentido contrario a las agujas del reloj, así que es preciso conocer que convención utiliza tu medida.
Coordenadas ecuatoriales
Si imaginas el cielo como una esfera que rodea la Tierra y parece girar alrededor del eje definido por los polos debido a la rotación terrestre, puedes ubicar la posición de un punto del cielo utilizando un sistema de coordenadas sobre esa esfera.
La Tierra también es prácticamente una esfera (que no debe confundirse con la esfera celeste) y la ubicación de un lugar sobre la misma se realiza habitualmente utilizando coordenadas de latitud y longitud. La latitud mide la posición del punto respecto a la linea que une el polo Norte y con el polo Sur, se mide en grados y varía de 0 grados en el ecuador a 90 grados en los polos (se habla de latitud Norte o latitud Sur). La longitud mide la posición en una línea que vaya de Este a Oeste respecto a una referencia fija (situada en el meridiano de Greenwich).
Sobre la esfera celeste, la declinación es una coordenada análoga a la latitud terrestre. La declinación mide los grados de inclinación respecto al ecuador celeste, variando de 0 grados para los objetos situados sobre el ecuador celeste a 90 grados para un objeto situado en el polo Norte celeste. La declinación de objetos situados al Sur del ecuador celeste toman valores negativos, siendo -90 grados la declinación del polo Sur del cielo.
La ascensión recta es una coordenada celeste análoga a la longitud terrestre, aunque en lugar de medirse en grados se mide en horas (siendo 24 horas el equivalente a 360 grados, por lo que 1 hora equivale a 15 grados). El punto de referencia que sustituye al meridiano de Greenwich es el llamado punto de Aries (o punto vernal). Sin entrar en mucho detalle, este es el punto del cielo donde el plano del ecuador celeste corta al plano de la eclíptica, por donde el Sol pasa del Sur al Norte de la esfera celeste marcando el inicio de la primavera en el hemisferio Norte y del Otoño en el hemisferio Sur.
Declinación astronómica y astrofotografía
En la práctica de la astrofotografía es conveniente disparar a objetos que no se encuentren muy alejados del cenit para evitar los peores efectos de la atmósfera sobre la fotografía. Por suerte la declinación del cenit coincide siempre con la latitud de tu lugar de observación, lo que puedes deducir relacionando los sistemas de coordenadas comentados. Esto favorecerá que fotografíes objetos cuya declinación astronómica no se aleje de demasiado de la latitud del lugar desde el que fotografías. A lo largo del año y dependiendo de la fecha y hora, los objetos de tu cenit irán variando cada noche tomando todos los valores posibles de ascensión recta.
Para deducir la relación anterior, si te encuentras en el hemisferio Norte, puedes medir tu latitud (aproximadamente) como la altura de la estrella polar sobre el horizonte. Como el cenit siempre está a 90 grados de altura, la distancia angular entre el cenit y la polar es la diferencia entre los 90 grados de altura del cenit y la altura de la polar. El eje Norte-Sur forma un ángulo de 90 grados con el ecuador celeste, así que el ángulo de la línea cenital al ecuador y el ángulo de la esa misma línea a a la polar debe sumar 90 grados. De aquí se deduce que el ángulo entre la línea del cenit y el ecuador es igual a 90 grados menos la distancia angular del zenit a la polar, es decir 90-(90-latitud)=latitud.
Correcciones a la declinación y ascensión recta
Aunque puede ser útil considerar el cielo como una esfera sobre el que están fijas las estrellas, hace tiempo que se conocen las muchas limitaciones de este modelo. Si el cielo se comportara como una esfera, la declinación de las estrellas no variaría y solamente sería necesario medirlas una única vez. Otros objetos astronómicos como el Sol, la Luna, los planetas, cometas y asteroides sí tendrían (y tienen) valores cambiantes de declinación y ascensión recta, pero el resto de firmamento parecería un lugar absolutamente estable , como se consideró durante milenios.
Para obtener el valor real de la declinación es necesario aplicar pequeñas correcciones por diferentes motivos que los astrónomos se esfuerzan en valorar adecuadamente, aunque a efectos prácticos no tendrán en general un impacto directo para las necesidades habituales en la astrofotografía amateur.
Paralaje: Si extiendes tu brazo con el pulgar levantado y lo sitúas, con un ojo cerrado, sobre un objeto situado a unos metros de ti, verás que al cambiar de ojo el pulgar parece desplazarse y deja de estar ubicado sobre el objeto. Prueba a realizar el mismo experimento con el brazo encogido y verás que el pulgar se desplaza mucho más. Este fenómeno es conocido como paralaje y el desplazamiento observado depende de las distancias entre los diferentes elementos. En lugar de usar cada ojo alternativamente, las primeras mediciones de paralaje astronómica se realizaron midiendo la ubicación de una estrella respecto a otras cuando la Tierra se encuentra en posiciones opuestas de su órbita alrededor del sol. Al hacer esto la «distancia entre los ojos» del ejemplo anterior es equivalente al diámetro de la órbita terrestre. Para las estrellas más cercanas se puede medir un desplazamiento minúsculo que permite estimar su distancia, aunque la mayoría se encuentran tan lejos que es imposible detectar su paralaje. Ese pequeño desplazamiento afecta al valor de la declinación y ascensión recta de la estrella.
Aberración anual: Este fenómeno es debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol, por el que las estrellas parecen desplazarse ligeramente y oscilar en su posición al lo largo de un año conforme cambia la orientación de la trayectoria terrestre. Su efecto es como máximo de unos 20 segundos de arco en declinación o ascensión recta.
Precesión: Si lanzas una peonza o trompo verás que además de girar sobre si misma alrededor de su eje de rotación, este eje no tiene una dirección fija sino que oscila siguiendo un movimiento circular. El eje de rotación de la Tierra tiene un comportamiento similar y completa un ciclo cada 25.766 años, debido a los efectos gravitatorios del sol sobre la Tierra al no tener esta una forma exactamente esférica, sino ligeramente achatada por los polos. Esto afecta al sistema de coordenadas ecuatoriales y va modificando los valores de declinación y ascensión recta. Por ejemplo, el punto de Aries mencionado anteriormente se encuentra actualmente en la constelación de Piscis, aunque su nombre se debe a que se encontraba en la constelación de Aries a inicios de la era cristiana. La variación afecta unos 50 segundos de arco por año.
Nutación: La oscilación del eje de rotación no sigue una órbita exactamente circular, lo que definiría un cono con las lineas definidas por los ejes de rotación a lo largo de un ciclo, sino que parece cabecear periódicamente alrededor de este círculo, lo que define una especie de cono con ondulaciones. Este efecto conocido como nutación es debido a los efectos gravitatorios de la Luna (y en menor medida del Sol), tiene ciclos de 18.6 años y afecta unos pocos segundos de arco a lo largo de un ciclo.