Antes de ver como se mueve la órbita de la Tierra, necesitamos un marco razonablemente estable de referencia. Para ello, puede utilizar el llamado plano invariable del Sistema Solar. El plano invariable es formalmente definido como "el plano que pasa por el centro de masa del sistema solar perpendicular al vector momento angular del sistema solar". Representa el momento angular total de todos los objetos del Sistema Solar, en la medida en que se conozcan sus elementos. No es absolutamente invariable, pero a efectos prácticos, puede considerarse así. El polo norte del plano invariable está en Draco, y su polo sur, en Mensa. El plano de la eclíptica se encuentra actualmente sólo a 1,58 ° respecto del plano invariable.
2 - La precesión de la órbita terrestre
La relación entre el ecuador celeste y los polos con la eclíptica y sus polos se complica por el hecho de que la órbita terrestre no es estacionaria. La fuerza gravitacional de los planetas del Sistema Solar, especialmente Júpiter y Venus, causan de la órbita de la Tierra tenga también un movimiento de precesión, balanceándose mientras sus polos describen una circunferencia en el espacio, en el sentido contrario a las agujas del reloj, alrededor de los polos del plano invariable. La eclíptica es como un segundo plato oscilante en la cima del mismo palo del malabarista que ya hemos mencionado. Sin embargo, se tambalea mucho menos: es un movimiento de precesión mucho más lento que el del eje de rotación de la Tierra, y sus polos describen un arco de ángulo mucho menor.
Podemos descomponer ese movimiento de la eclíptica en dos: uno de rotación (precesión del perihelio y del afelio) y otro de variación de la inclinación (oscilación de los polos) de la eclíptica.
El perihelio y el afelio tienen un movimiento de rotación, y avanzan hacia el este a lo largo de la eclíptica a una velocidad angular de unos 6 segundos anuales en relación con las estrellas fijas. A esta velocidad, tardará unos 200.000 años en hacer una revolución completa.
La inclinación de la órbita terrestre en relación con el plano invariable tiene ciclos de amplitud variable, con un período del orden de los 100.000 años. Actualmente esta inclinación es de 1,58º, y está disminuyendo. En su último máximo, hace alrededor de 30.000 años, fue de 2,6º aproximadamente, y se cree que llegará a un mínimo dentro de 20.000 años. Cuanto mayor es la inclinación de la órbita de la Tierra, más se desplaza la Tierra hacia el norte y hacia el sur con respecto al Sol.
Este movimiento compuesto se denomina precesión planetaria. Tiende a desplazar la eclíptica hacia el oeste a lo largo del ecuador celeste, contrarrestando una pequeña parte del efecto de la precesión lunisolar. La ruta de los polos de la órbita terrestre, como la de los polos celestes, no es un círculo en el espacio, sino un bucle o espiral.
3 – La longitud del perihelio
Se define como longitud del perihelio el ángulo que forman la línea del equinoccio con la línea del perihelio, tomando como origen el semieje del equinoccio de otoño. Actualmente este ángulo es de 101,4º y está aumentando. (Se puede calcular de modo aproximado contando los días que van del equinoccio de otoño, 22 de septiembre al perihelio, 3 de enero: 104 días. La longitud del perihelio será, aproximadamente, de 104/365,25x360 = 102,5º)
La duración de un ciclo completo de precesión (tiempo que transcurre entre que coinciden el perihelio y el equinoccio de primavera) es actualmente de unos 23.000 años, según se puede ver en el gráfico que muestra su evolución a lo largo del tiempo (según los cálculos de Berger). Cuando coinciden el perihelio y el equinoccio de primavera la longitud del perihelio es de 180º. La última coincidencia sucedió hace unos 17.000 años, en Escorpión, cerca de Libra, y volverán a coincidir dentro de unos 4.000 años en Sagitario, cerca del borde con Capricornio.
La velocidad de precesión es actualmente de 360x3.600/23.000 = 56 segundos de arco por año, que coincide con la velocidad compuesta de las dos precesiones. Esta velocidad no es constante, ya que ha variado entre los 23 y los 100 segundos de arco por año en el último millón de años, lo que corresponde a un ciclo variando entre 13.000 y 53.000 años.
El cambio de la excentricidad de la órbita terrestre y el cambio de la relación entre el perihelio y el afelio de la órbita de la Tierra con los equinoccios y los solsticios, cambian la duración de las estaciones. Actualmente, el verano es la estación más larga y el invierno la más corta. En la época de las pirámides, la más larga era la primavera y la más corta el otoño.
4 – Los movimientos de la Tierra y el clima
Muchos expertos creen que el cambio en los movimientos de la Tierra puede explicar las glaciaciones del Pleistoceno, que empezaron hace unos 1,7 millones de años. La teoría más extendida es que la variación de la inclinación del eje de rotación de la Tierra respecto de la eclíptica (ciclo de 41.000 años) y una combinación entre la variación de la excentricidad de la órbita terrestre (ciclo de unos 100.000 años) y el movimiento relativo del perihelio y del equinoccio de primavera (ciclo complejo, con una valor actual de alrededor de 23.000 años), se combinan para dar lugar a los ciclos de las glaciaciones.
Todos estos cambios afectan la distribución estacional y latitudinal de la luz en la superficie del planeta, y que esto causa probablemente las glaciaciones, a través de un mecanismo que todavía no se comprende totalmente.
Existe una teoría alternativa, que últimamente se ha reactualizado, que pretende que uno de los principales factores que han influido en el clima del último millón de años ha sido el cambio de la inclinación de la órbita de la Tierra respecto del plano invariable, que tiene, como acabamos de fer, un ciclo del orden de 100.000 años. Cerca de la inclinación máxima, esta teoría dice que una nube de polvo reduce la cantidad de radiación solar que llega a la Tierra, lo que da lugar a una glaciación.
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