Mecánica Lunar

Hace mil millones de años, la Luna estaba mucho más cerca de la Tierra de lo que lo estará esta noche. Su órbita más apretada le representaba que sólo requería de 20 días para recorrer alrededor de nosotros y completar un mes lunar. Otras cosas también eran notablemente diferentes. Un día de la Tierra, en aquél entonces sólo tenía 18 horas de duración. La gente estaría probablemente deseando, “Si tan sólo tuviera 24 horas al día... “

Bien, no había gente en aquél entonces, pero los habitantes de esa época, eventualmente obtuvieron su deseo. En los eones que se sucedieron, la Luna ha estado alejándose. Cada año se aleja 4 centímetros más en el espacio.

Es una coincidencia de la evolución orbital y de las especies que nosotros los humanos nos encontremos en este planeta durante una era en la que podemos trabajar 24/7, si fuese exigido.

Igualmente por coincidencia, estamos aquí cuando el tamaño aparente de la Luna en el cielo es igual al del Sol, de modo que un eclipse solar es posible. Más aún, llegamos confortablemente después de que el acribillado satélite comenzó a mostrar sólo una cara a la Tierra, proporcionándonos esa señal inmutable y sin cambio que llamamos Luna llena, gobernador cósmico del amor terrestre y una gran cantidad de ideas locas.

O bien, alguien podría argüir, nada de todo esto es una coincidencia. Si no fuese por la Luna, algunos dicen, el amor tal y como lo conocemos nunca habría sucedido y no estaríamos aquí para contemplar el tesoro que orbita la Tierra.

La Luna ha tenido efectos dramáticos en nuestro planeta y en la vida que lo puebla, según creen los investigadores. La Luna estabiliza la rotación de la Tierra, por ejemplo, previniendo unos movimientos dramáticos de los polos que de otra manera alimentarían cambios climáticos y que algunos científicos piensan que podrían arruinar cualquier posibilidad de desarrollo de tipo de vida y mucho menos su evolución.

Y los biólogos especulan que las mareas, generadas principalmente por la Luna, habrían sido un lugar adecuado para que se originase la vida. Las criaturas marinas habrían usado entonces las regiones de marea como lugares de experimentación para probar la habitabilidad de la tierra y de ahí una excusa para desarrollar pulmones. En pocas palabras, nuestros ancestros con agallas podrían haber utilizado a la Luna como una luz de guía gravitacional para la primera procreación no acuática.

A ese respecto, la única coincidencia en todo esto es el hecho de que la Luna llegó a existir alguna vez para comenzar. Ya que hubo un breve lapso en la historia temprana de nuestro planeta, como unos 100 millones de años o menos, cuando no hubo Luna en el cielo.

Hace 4.500 millones de años

La Tierra acaba de ser forjada de los escombros de la formación de estrellas, ensamblada a partir de polvo que se convirtió en roca, después grandes masas rocosas que chocaron y crecieron. Otros planetarios prometedores vagan por el sistema solar. Los impactos son frecuentes. La escena es febril.

Una gran roca, alrededor del tamaño de Marte, es condenada. Se dirige hacia la Tierra, destinada a un impacto ligeramente descentrado que pondrá a todo lo que aún no se encuentre girando en un frenesí giratorio.

Al impacto, material del cuerpo que llega y de la nueva Tierra es lanzado al espacio. Un anillo de escombros orbita el planeta y un tiempo sorprendentemente corto – alrededor de un día – comienza a convertirse en un satélite. Le toma a la Luna entre 1 a 100 años el reunir la mayoría de todos los desechos hasta formar una bola.

Existen otras teorías de cómo nació la Luna, pero esta es la más ampliamente aceptada de todas como la más probable.

La Tierra puede o no haber estado girando antes del impacto, pero ciertamente fue después. Lo que es importante, es que la mecánica orbital y rotacional de este nuevo sistema Luna-Tierra fue implantada entonces para siempre. El impacto impartió un momento angular sobre el sistema, un giro que nunca podría destruirse según nos indican las leyes de la física. Curiosamente, las relaciones específicas cambiarían – dramáticamente – con el tiempo y los movimientos continúan hoy en día.

La cara del cambio

Durante los últimos 4500 millones de años, la abrumadora gravedad de la Tierra ha desacelerado la rotación de la Luna y empujado al satélite más lejos. La causa es compleja, involucrando a las mareas, las cuales discutiremos más abajo. Un resultado sorprendente, por ahora, es un juego de hechos fácilmente observables: A la Luna le toma 29.5 días realizar una vuelta sobre su eje. Todo el tiempo, por supuesto, la Luna también está viajando alrededor de la Tierra. Esta órbita también le toma 29.5 días.

Debido a que los tiempos de rotación y de órbita de la Luna son los mismos, el satélite siempre muestra la misma cara a la Tierra. Vemos esa cara porque la luz solar se refleja en ella (la Luna no emite luz propia).

Sobre la Luna, esto significa que el Sol amanece cada cuatro semanas aproximadamente. También significa que no hay una “cara oscura” de la Luna, al menos no para alguien que hipotéticamente viviese en una villa lunar. La cara de la Luna que no vemos desde la Tierra, recibe su dosis correspondiente de luz solar periódicamente, cuando la Luna está entre la Tierra y el Sol. En esta configuración, a la Luna se le llama Nueva y no refleja la luz solar hacia nosotros.

Sin embargo, existió una época cuando los tiempos eran muy diferentes.

Mareas cambiantes

Se dice que la gravedad es la más débil de todas las fuerzas fundamentales. Pero un aspecto de ello es muy consecuente: La gravedad nunca desaparece. Se debilita con la distancia, pero siempre está en funciones. Este hecho es el principal generador de las mareas. La cara de la Tierra más cercana a la Luna siempre es más arrastrada que la otra cara por cerca de un 6 por ciento.

He, podrían decir, hay dos mareas altas en este planeta en cualquier momento dado. Cierto, Y un fenómeno aún más complejo explica esto.

La Luna no sólo va alrededor de la Tierra. En realidad, los dos objetos orbitan alrededor de un punto medio gravitacional común denominado baricentro. La masa de cada objeto y la distancia entre ellos indica que este baricentro está dentro de la Tierra, cerca de tres cuartas partes del camino desde el centro.

Así que figurémonos esto: El centro de la Tierra orbita realmente alrededor de este baricentro una vez al mes. El efecto de esto es muy importante. Piensen, por un segundo, en una nave espacial orbitando a la Tierra. Sus astronautas experimentan una gravedad cero. Esto no es porque no haya gravedad allá arriba. Es porque la nave y sus ocupantes están constantemente cayendo hacia la Tierra mientras que también se mueven de lado alrededor del planeta. Esto establece una caída libre perpetua, o cero-g.

Al igual que la nave en órbita, el centro de la Tierra se encuentra en una caída libre alrededor del baricentro del sistema Tierra-Luna.

He aquí el quid: En la cara de la Tierra opuesta a la Luna, la fuerza de la gravedad de la Luna es menor que en el centro de la Tierra, debido a su gran distancia. Puede realmente pensarse como una fuerza negativa, en esencia, arrastrando al agua lejos de la Luna y lejos de la superficie de la Tierra – una segunda marea alta.

Nuestro planeta gira bajo estas constantes mareas cambiantes, que es por lo que las mareas altas y bajas están siempre en movimiento, subiendo y bajando según los observadores que están en las playas.

El Sol, de igual manera, tiene efectos de marea sobre la Tierra, pero debido a su gran distancia sólo es responsable de alrededor de un tercio del rango en las mareas. Cuando la Tierra, Luna y Sol se encuentran alineados (en Luna llena o nueva), las mareas pueden ser fuera de lo común, tanto en su nivel alto como en el bajo. Cuando la Luna se encuentra a un ángulo de 90 grados con respecto al Sol en nuestro cielo (cuarto creciente o cuarto menguante) las mareas tienden a ser más suaves.

Efecto sobre las órbitas

Anteriormente, dijimos que las mareas se encuentra en la raíz de las alteraciones en todo el sistema orbital completo Tierra-Luna. He aquí como: La Tierra gira una vez al día, mientras que la Luna viaja alrededor del planeta a un paso más lento, una vez al mes. De manera que el planeta siempre está tratando de arrastrar las mareas y tiene algo de éxito.
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Las moles de mareas altas son arrastradas justo frente a una línea imaginaria que conecta los centros de la Tierra y de la Luna. Podría parecer asombroso pero una masa terrestre de agua tiene suficiente masa para arrastrar a la Luna desde otro ángulo. El efecto es el de empujar constantemente a la Luna hacia una órbita mayor, lo cual explica porque se está alejando de nosotros.

La Luna, mientras tanto, estira a la contra las fuerzas de la marea. Así el agua, justo donde se encuentra con el suelo del océano, se frota contra la Tierra. Esto reduce la velocidad del planeta, explicando porque las 24 horas de un día, en lugar de las 18 de hace unos mil millones de años.

Finalmente, necesitamos traer a colación otro factor que ayudó a todas estas dinámicas opuestas a que alcanzasen otros arreglos:

Más que sólo agua es llevado por las mareas. La propia corteza de la Tierra se alarga también. Y la gravedad terrestre levanta mareas sobre la Luna, alzando relativamente pequeños bultos en ese aparentemente sólido satélite. (Similarmente, la gravedad de Júpiter alza mareas sobre sus heladas lunas en la frígida región exterior de nuestro sistema solar, estirando algunas de manera tan dramática que la acción genera suficiente calor para mantener océanos líquidos bajo las cortezas congeladas, según creen los científicos).

De regreso a nuestra Luna: El continuo empuje sobre las protuberancias lunares redujo la rotación Lunar con el tiempo. Cuando la rotación había disminuido al punto de igualar el tiempo que le tomaba a la Luna el ir alrededor de la Tierra, las protuberancias lunares se alinearon con nuestro planeta y la disminución cesó. En esos momentos, una cara de la Luna se quedó por siempre fija hacia nosotros.

Un momento en el tiempo

Las cosas continúan cambiando, por supuesto.

La rotación de la Tierra aún está disminuyendo – nuestros días se están volviendo más y más largos. Eventualmente, las protuberancias de nuestro planeta por las mareas se formarán a lo largo de esa línea imaginaria que corre a través de los centros de tanto la Tierra como la Luna y nuestro cambio rotacional planetario muy probablemente cesará. El día terrestre tendrá un mes de duración. Cuando esto suceda, miles de millones de años a partir de ahora, el mes terrestre será más largo – alrededor de 40 de nuestros actuales días – porque durante todo este tiempo la Luna continuará alejándose.

En esta imagen del fututo, cualquier colonizador lunar vería entonces sólo una cara de la Tierra. Pueden imaginarse este planteamiento alargando su brazo y mirando hacia su palma. Ahora dele vuelta alrededor. Su cara y su palma se verán directamente todo el tiempo. Si los Estados Unidos quedan en la parte de atrás de su cabeza, bueno, imagínese lo que la gente ahí no vería.

El resultado: Un día, para sus descendientes, si sobreviven a un Sol hinchado y otros peligros humanos y cósmicos, durará al menos 960 horas para trabajar en cada día. Algunas noches, la mitad del mundo será capaz de fijar su mirada a la Luna llena en lo que parecerán días y días. Imagínense la cantidad de locuras que tendrán tiempo de imaginarse, la extraña tradición que podrán conjurar.

Una nota acerca de este artículo: La complejas dinámicas de la marea son explicadas frecuentemente de una manera incorrecta. Este artículo se debe a varias conversaciones con astrónomos a través de varios años y a muchos artículos científicos y libros. En particular, un libro demostró ser de gran valor : "Bad Astronomy" (Wiley & Sons, 2002). Su autor, Philip Plait, excava más exactamente dentro de la ciencia de esto, a la vez que lo explica de una manera más sensible y sencilla de lo que lo haya hecho ningún otro autor. -- RRB   

Fuente

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