La cara oculta de la Luna

2008/04/01 Azkargorta Aretxabala, Jon - Fisikan doktorea. Bilboko Ingeniaritza Goi Eskolako irakasle eta ikertzaileaEHU Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia
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La Luna existía antes de que el hombre surgiera, y siempre nos ha fascinado, durante miles de años, pero nunca hemos visto su parte posterior.

En 1959 los soviéticos enviaron la misión Luna-3 y consiguieron fotografiar la parte trasera… todavía no se han cumplido 50 años [1]. Como hemos dicho, desde la Tierra nunca se puede ver esa parte posterior de la Luna, si no es en una foto.

En principio no existe relación física entre la rotación de un cuerpo y la duración de una órbita. Entonces, ¿por qué la duración de un 'día' de la Luna coincide con la duración de un 'mes'? ¿Es casualidad? ¿El capricho de la Luna?

Hay una razón y tiene que ver con las mareas. Sabemos que en la Tierra el mar sube y baja dos veces al día. El motivo está explicado en profundidad en el artículo [2], pero aquí voy a hacer un breve resumen:

Al igual que la Tierra atrae a la Luna, la Luna también atrae a la Tierra. Pero debido al tamaño de la Tierra, la zona próxima a la Luna siente mayor atracción que la central y el mar se acerca a la Luna. Por otra parte, la zona alejada de la Luna se siente menos atraída que la central y el mar se aleja de la Luna. Como consecuencia de ello, la Tierra sufre una "deformación", con dos lados de la pleamar (G) y dos de la bajamar (B) simultáneamente en la Tierra (Figura 1).

A esto hay que añadir que la Tierra rota una vez al día, por eso tenemos dos pleamares cada día y dos bajamares cada día.

Al igual que la Luna crea las mareas en la Tierra, la Tierra también las crea en la Luna. ¡Vale! En la Luna no hay mar pero los cuerpos sólidos se deforman tanto como líquidos, pero se deforman como una pelota de goma. La deformación de la tierra sólida que produce la Luna es de pocos centímetros y nosotros no nos damos cuenta de ello, pero los sismógrafos, por ejemplo, detectan muy bien las mareas de tierra. Pues en la Luna también hay mareas sólidas y el suelo sube y baja cada vez que se molesta la Luna, es decir, dos veces al mes.

Cómo afecta la Tierra a la rotación de la Luna

Si la Luna fuera totalmente elástica, respondería 'enseguida' a la atracción de la Tierra y su 'deformación' estaría alineada con la Tierra, como se muestra en la figura 2A. Sin embargo, en todo el universo no hay material totalmente elástico, y la fricción interna y la inercia del material sólido hacen que la respuesta de la Luna se produzca más tarde, es decir, con un retraso, como en la figura 2B.

La conclusión es espectacular (figura 3): Cuando la Tierra atrae a la Luna, la fuerza del lado A tiende a hacer girar la Luna hacia las agujas del reloj, mientras que la fuerza del lado B hace girar la Luna contra las agujas del reloj. La fuerza del lado A es algo mayor, porque está más cerca de la Tierra, lo que hace que la Tierra haga girar a la Luna hacia las agujas del reloj, o lo que es lo mismo, ralentiza la rotación de la Luna.

¿Hasta cuándo dura esta amortiguación? Pues la rotación de la Luna se ha ido amortiguando poco a poco y durante miles de años, hasta llegar en la actualidad a una posición de equilibrio, es decir, a una posición simétrica, donde el punto A y el punto B están situados en la misma dirección de la Tierra. Por eso, desde la Tierra sólo vemos la zona A de la Luna, porque la Tierra ha sincronizado o "frenado" la rotación de la Luna desde hace tiempo.

La mayoría de los satélites naturales o 'luna' del sistema solar, al igual que nuestra Luna, están sincronizados; los satélites de Marte, Júpiter, Saturno, etc. tienen el mismo período de rotación y órbita alrededor del planeta [3].

El Sol también genera fuerzas mareales que han hecho que las rotaciones de Mercurio y Venus no se hayan sincronizado del todo, pero si están bastante amortiguadas, son las más cercanas. El resto de los planetas están lejos y el efecto es más débil, pero existe.

Cómo afecta la Luna a la rotación de la Tierra

Si la Tierra ha paralizado la rotación de la Luna, es lógico pensar que la Luna tendrá un efecto similar sobre la Tierra. Es cierto. La Tierra no muestra siempre la misma diferencia a la Luna, es decir, la Tierra no está 'sincronizada', pero se está ralentizando.

Como la masa de la Tierra es mucho mayor que la de la Luna, habrá que pasar más tiempo hasta que la Tierra llegue a 'parar', pero en eso está: La duración de un día en la Tierra era más corta en el pasado, es decir, la Tierra giraba más rápido.

Hay estudios paleontológicos que han ido lejos en el tiempo y que demuestran este resultado [5]: por ejemplo, los fósiles coralinos tienen anillos o capas de crecimiento llamados ephitecas. Al igual que en los troncos de los árboles, cada anillo muestra el crecimiento del coral durante un ciclo de un año. Estudios más detallados han demostrado que dentro de cada capa existen otras capas más finas: son capas mensuales, dentro de las cuales hay otras capas aún más finas. Las capas más finas se han considerado como indicadores de crecimiento diario. Se ha contado el número de capas finas dentro de una capa anual de fósiles coralinos de la época Devónica del Paleozoico (hace 400 millones de años): 400 anillos. Por el contrario, dentro del anillo de un año de coral-fósil de Garai Carbonífero (300 millones de años) hay 380 capas. Esto significa que la Tierra giraba 400 veces al año en la época devónica y hacía 380 giras al año en el Carbonífero. Cada cual puede hacer un pequeño cálculo y ver que en la época devónica el día de la Tierra duraba unas 22 horas y en la época Carbonífera unas 23 horas. Sabemos que actualmente dura unas 24 horas.

Se ha comprobado el mismo resultado con otros métodos, es decir, que la Tierra está cada vez más ralentizada. De hecho, con la precisión de los relojes atómicos se ha demostrado que la duración del día es cada vez mayor: 2,3 milisegundos por siglo [4].

Alejándose

Como se ha demostrado en el apartado anterior, la Luna ejerce el mismo efecto que la Tierra sobre la Luna: amortiguar la rotación. La figura 4 muestra, a la izquierda, la Tierra y las fuerzas de la Luna sobre la Tierra (A y B). Estas dos fuerzas son las que están frenando la rotación de la Tierra, como se ha comentado en el apartado anterior.

Por otra parte, la parte derecha de la imagen muestra la Luna y las fuerzas que ambas partes de la Tierra ejercen sobre la Luna (A' y B'), que son reacciones de las anteriores, exactamente iguales pero opuestas.

Las fuerzas A' y B' que soporta la Luna tienen un componente (y el principal) en la dirección de la Tierra, pero tienen otro componente perpendicular a esta dirección. La fuerza 'A' sube un poco y la fuerza 'B' baja, pero la fuerza 'A' es algo mayor porque la Tierra está más cerca que la B. Por lo tanto, otra consecuencia de las fuerzas mareales es que la Luna tiene una aceleración tangencial ( a t ) o que está aumentando su velocidad. Si se aumenta la velocidad, la fuerza centrífuga de su órbita también aumenta, lo que provoca un aumento del radio de la órbita. Así, con el paso de los años, la Luna se está alejando de la Tierra y su 'mes' es cada vez más largo.

Los físicos dicen que la energía no se produce ni se borra, es decir, se conserva, pero se cambia de un tipo a otro: Si la rotación de la Tierra y la Luna se está ralentizando, la energía cinética irá perdiendo, aunque esta energía se está convirtiendo en energía potencial a medida que la Luna y la Tierra se alejan.

De hecho, la órbita de la Luna no es un círculo ni una elipse, sino que va creciendo poco a poco como una espiral. Mediciones exactas han demostrado que la Luna se está alejando casi cuatro centímetros al año [6].

¿Hasta cuándo durará esta desaceleración de la rotación de la Tierra? ¿Y hasta cuándo la Luna estará alejada de la Tierra? Se calcula que la Luna seguirá alejándose hasta aumentar en un sesenta por ciento la distancia actual. Para entonces la rotación de la Tierra estará ralentizada y la duración del día será la misma que el mes de la Luna, y ambas serán de unos cincuenta y cinco días [7] (el día de esta frase es la duración del día actual). En ese momento, la deformación de la Tierra y la de la Luna serán simétricas respecto a la dirección entre ambas, es decir, la Tierra, vista desde la Luna, siempre mostrará la misma cara y mantendrá la otra en secreto, pero hasta que esto ocurra se tardarán miles de millones de años.