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Ciencia Nuestra de cada Día

La Naturaleza nos sorprende cada instante con multitud de fenómenos que despiertan nuestra curiosidad. La Ciencia Nuestra de Cada Día es un espacio en el que Ángel Rodríguez Lozano nos incita a mirar a nuestro alrededor y descubrir fenómenos cotidianos que tienen explicación a la luz de la ciencia.

¿Por qué la Luna Llena es más grande y ovalada al salir que cuando se sitúa en lo más alto del firmamento?

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Era el 19 de marzo de 2011. El Sol se acababa de ocultar tras las montañas y, apostados en una elevación a las afueras del pueblo que acoge el estudio de Cienciaes, Valdemorillo, un grupo de adultos y niños nos preparábamos, cámaras en mano, para inmortalizar el momento en el que la Luna Llena se elevara sobre el horizonte del lejano Madrid. Era un día especial dado que los astrónomos habían predicho una Luna de un tamaño espectacular, porque se encontraba en el punto de su órbita más cercano a la Tierra. La espera se hizo larga pero mereció la pena, porque cuando la Luna comenzó a elevarse sobre el horizonte superó con creces nuestras expectativas.

Desde el momento de su aparición por encima de los lejanos rascacielos de Madrid, su figura anaranjada y enorme nos hizo vibrar de excitación a niños y adultos. Pronto nos dimos cuenta de que la Luna guardaba sorpresas inesperadas, especialmente para los niños, y las inevitables preguntas no tardaron en aparecer. El primer hecho sorprendente fue comprobar que, una vez que la inmensa Luna Llena se mostró en todo su esplendor sobre el horizonte, no era un círculo perfecto, era ¡ovalada! Mi hija Vinita no tardó hablar:

Papá, ¿por qué la Luna parece un melón y no es redonda como siempre?

A medida que pasaba el tiempo y la Luna Llena iba tomando altura sobre el horizonte, el efecto ovalado desapareció en pocos minutos. Una hora más tarde, nuestro satélite estaba mucho más alto en el cielo y el color había cambiado, la Luna ya no era anaranjada sino blanca, de un blanco casi cegador, y era redonda como una moneda. Sin embargo, parecía más pequeña, como si hubiera encogido a medida que ascendía en el firmamento.

¿Por qué la Luna Llena se ve ahora más pequeña que antes cuando acababa de salir? -preguntó de nuevo Vinita.

Para esta última pregunta iba preparado y había ideado un experimento simple con la intención de comprobar el tamaño real del disco lunar a distintas alturas en el firmamento. Antes de comenzar la observación, yo había preparado mi cámara con el teleobjetivo a su máxima extensión, en parte para lograr la imagen más grande posible de la Luna, pero también para utilizar la cámara como instrumento de medida. Me explico.

Mi razonamiento era el siguiente: “Si fotografío la Luna, con la misma posición del objetivo, a distintas alturas, después podré editar las fotos en el ordenador y superponerlas para comparar el tamaño. Si existe alguna diferencia real, la superposición de las fotografías lo revelará.”

Así pues, hice más de 200 fotografías con el zoom al máximo -lo sé, soy un exagerado – y más tarde, una vez terminada la observación, me apresuré a editarlas en mi ordenador. Utilizando un programa de edición de fotografías coloqué, una sobre otra, las imágenes tomadas a distintas alturas sobre el horizonte, imponiendo una ligera transparencia para hacer más fácil la comparación. Y ¡SORPRESA! Resultó que ¡el disco lunar cuando la Luna Llena acababa de salir sobre el horizonte era más pequeño que el mostrado cuando la Luna se encontraba en lo más alto del firmamento! ¡Justo al revés de lo que nos parece a nosotros! Lo pueden comprobar en las imágenes que ponemos en Cienciaes.com.

Pero hay más. La diferencia de tamaño de la Luna se produce solamente en dirección vertical, en dirección horizontal el disco lunar cerca del horizonte tiene prácticamente la misma anchura que cuando la Luna está más alta.

¿Por qué la Luna es ovalada al salir?

Hasta aquí la descripción del fenómeno, ahora ha llegado el momento de las explicaciones. Recordemos la primera pregunta de mi hija Vinita: ¿por qué la Luna al salir parece un melón y no es redonda?

La razón por la que la Luna al salir es ovalada y no un círculo perfecto, se debe a que no la vemos como es en realidad, vemos su imagen distorsionada por la atmósfera terrestre. Los rayos que proceden de los distintos puntos del disco lunar, atraviesan la atmósfera antes de llegar a nuestros ojos, pero no es lo mismo atravesar la atmósfera terrestre cuando los rayos inciden verticalmente que cuando lo hacen de forma rasante, como sucede cuando la Luna se eleva sobre el horizonte. En este último caso, al incidir de forma rasante sobre la Tierra, los rayos atraviesan una gran cantidad de aire antes de llegar a nuestros ojos, mucho más que al incidir verticalmente (ver dibujo).

Sigamos el camino de esos rayos. Cuando salen de la Luna, los rayos luminosos se mueven por el vacío interplanetario en línea recta hasta llegar a la Tierra (vamos a dejar de lado efectos relativistas). Cuando llegan a la atmósfera van encontrando capas de aire cada vez más densas y, al pasar de un medio vacío a otro más denso, los rayos se curvan. Hay ejemplos cotidianos de ese efecto: al sumergir un palo en agua, éste parece que se dobla y, además, nos da la impresión de que es más corto en la porción sumergida. Se debe a que los rayos de luz al pasar del aire al agua, que es un medio más denso, se curvan y por lo tanto la luz que llega a nuestros ojos desde el fondo del agua no ha viajado en línea recta. Por esa razón nos parece que el palo está partido y es más corto.

¿Qué sucede con la luz de la Luna? Lo mismo pero con algunos matices.

La Luna es una esfera que tiene un diámetro determinado. Al elevarse sobre el horizonte, el rayo de luz que procede de la parte más baja del disco lunar, atraviesa más atmósfera que el rayo procedente de la parte superior. Ambos rayos se curvan antes de llegar a nuestros ojos, pero el rayo que procede de la parte inferior se curva en mayor medida. Esa diferencia de curvatura entre los rayos que proceden de la parte inferior y superior del disco lunar, provoca un efecto de contracción en la imagen, es decir, el disco Lunar parece más corto en su dirección vertical. En cambio, en la dirección horizontal, como todos los puntos están a la misma altura sobre el horizonte, se ven curvados por igual y apenas hay diferencias en tamaño. Así pues, obtenemos una imagen más ancha que alta y la Luna se ve ovalada.

Lógicamente, el efecto es mayor cuanto más y más densas sean las capas de aire que atraviesen los rayos. Así pues, si deseamos ver una Luna ovalada en todo su esplendor debemos escoger un lugar bastante alto, es ideal la cima de una montaña, y el horizonte debe estar más bajo, puede ser una llanura o la superficie del mar.

Resuelto el primer problema, vamos a por el segundo. Recordemos la segunda pregunta:

¿Por qué la Luna Llena parece más grande sobre el horizonte que cuando está en lo más alto del cielo?

Como queda demostrado en la superposición de imágenes que ofrecemos aquí, eso no es cierto. En este caso, la diferencia de tamaños no es real y el culpable está mucho más cerca de nosotros, es nuestro cerebro.

Cuando la Luna sale, los objetos situados sobre el horizonte, árboles, edificios, montañas, etc. comparten con ella el protagonismo en la escena. Esos objetos son de tamaño real conocido, nos indican que la Luna está situada mucho más lejos y, por lo tanto, debe ser bastante grande. Es algo a lo que estamos acostumbrados a hacer, cuando observamos una hilera de farolas situadas regularmente en un lado de una autovía, las más cercanas las vemos más grandes y se van haciendo más pequeñas a medida que se alejan, a pesar de ello, nuestro cerebro no duda en asignarles a todas el mismo tamaño real, porque nos proporciona una información combinada del tamaño aparente y la distancia.

Ahora bien, imaginemos que tenemos a cierta distancia de nosotros un objeto de tamaño desconocido, por ejemplo, un balón sin costuras y totalmente blanco. No sabemos, de entrada, si tiene el tamaño de una pelota de golf, de un balón de fútbol o de un balón de playa. Si el objeto se encuentra rodeado de objetos cotidianos inmediatamente le asignamos un tamaño, sin embargo, si no hay nada a su alrededor con lo que compararlo, el problema es más difícil de resolver. Cuando está muy cerca, la solución es fácil porque cada ojo lo ve desde un ángulo distinto y proporciona una imagen ligeramente diferente al cerebro, vemos en estéreo. Después, el cerebro combina las dos imágenes y genera una visión en tres dimensiones. Así tenemos noción de la distancia y nos hacemos una idea del tamaño real del objeto.

Desgraciadamente, cuando miramos a un objeto muy distante, la visión de doble imagen, o estereoscópica, no nos sirve para nada porque la imagen que nos proporciona cada ojo es prácticamente igual. Equivale a mirar con un solo ojo y no es posible determinar la distancia a la que se encuentra porque se pierde la tercera dimensión. Puede suceder que el objeto sea muy grande y esté muy lejos, o que sea más pequeño y esté más cerca. El tamaño visual, es decir la superficie que mostraría en una fotografía, es del mismo tamaño pero su distancia es indeterminada. Como prueba, el disco del Sol tiene el mismo tamaño aparente que el de la Luna y nos parece que está a la misma distancia, cuando la realidad, como todos sabemos, es muy distinta, el Sol es muchísimo más grande y está situado mucho más lejos.

Éste es el problema que interviene cuando observamos la Luna situada en lo más alto del firmamento. Vemos su disco iluminado pero, al no haber objetos conocidos a su alrededor que nos ayuden, somos incapaces de determinar la distancia y, por lo tanto, el tamaño. El cerebro, acostumbrado como está a calcular las distancias de objetos mucho más cercanos a nosotros, decide entonces que la Luna está más cerca y, por lo tanto, es más pequeña que en el momento de salir, cuando estaba situada justo sobre el horizonte, porque allí los objetos conocidos que hay delante nos obligaban a pensar que la Luna estaba situada a mayor distancia.
Así pues, nuestro cerebro interpreta que la Luna sobre el horizonte está más lejos y, por lo tanto, es más grande que cuando se sitúa en lo más alto del firmamento. Solamente cuando eliminamos el efecto corrector del cerebro, por ejemplo, haciendo fotografías de la Luna cercana al horizonte y en lo alto del firmamento, como hemos hecho nosotros, descubrimos la verdad.

No se dejen engañar por las apariencias, por muy impresionante que les parezca la Luna Llena cuando acaba de hacer su aparición sobre el horizonte, su disco es más pequeño que cuando nos ilumina desde lo alto del cielo debido al efecto ovalado producido por la atmósfera. Compruébenlo con sus propios ojos en cienciaes.com

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